DE112020006335T5

DE112020006335T5 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE112020006335T5
Application number: DE112020006335.6T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Akahani; Tatsuo Kawaguchi; Makoto Yoshihara
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2022-10-20
Also published as: WO2021171668A1; US20220333871A1; JPWO2021171668A1; CN115103992A; JP7366232B2

Abstract

Ein Wärmetauscher 100 umfasst: eine hohle säulenförmige Wabenstruktur 10; ein erstes äußeres zylindrisches Element 20, das an einer Oberfläche einer Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 passend angebracht ist; ein inneres zylindrisches Element 30, das an einer Oberfläche einer Innenumfangswand 11 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 passend angebracht ist; ein stromaufwärtiges zylindrisches Element 40 mit einem Abschnitt, der auf einer radial inneren Seite des inneren zylindrischen Elements 30 in einem Abstand angeordnet ist, um einen Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden; ein zylindrisches Verbindungselement 50 zum Verbinden eines stromaufwärtigen Endabschnitts 21a des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 mit einer stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden; und ein stromabwärtiges zylindrisches Element 60 mit einem Abschnitt, wobei der Abschnitt mit einem stromabwärtigen Endabschnitt 21b des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 verbunden ist und auf einer radial äußeren Seite des inneren zylindrischen Elements 30 in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden. Das innere zylindrische Element 30 weist einen sich verjüngenden Abschnitt 32 auf, dessen Durchmesser sich von einer Position einer zweiten Stirnfläche 13b der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts 31b verringert. Ein Verhältnis einer Differenz zwischen einem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 und einem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 zu dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 liegt innerhalb von ±20 %.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher.
Hintergrund der Erfindung
Neuerdings besteht ein Bedarf an der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen. Insbesondere wird ein System erwartet, das ein Kühlmittel, Kraftmaschinenöl und ein Automatikgetriebefluid (ATF: Automatic Transmission Fluid) zur Reduzierung von Reibungsverlusten in einem frühen Stadium aufwärmt, um eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu einer Zeit, zu der eine Kraftmaschine kalt ist, z. B. wenn die Kraftmaschine gestartet wird, zu verhindern. Ferner wird ein System erwartet, das einen Abgasreinigungskatalysator erwärmt, um den Katalysator in einem frühen Stadium zu aktivieren.
Als eines dieser Systeme existiert beispielsweise ein Wärmetauscher. Der Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid austauscht, indem er ermöglicht, dass das erste Fluid nach innen strömt und das zweite Fluid nach außen strömt. In einem solchen Wärmetauscher kann beispielsweise die Wärme wirksam genutzt werden, indem die Wärme aus dem ersten Fluid mit einer höheren Temperatur (beispielsweise einem Abgas) mit dem zweiten Fluid mit einer niedrigeren Temperatur (beispielsweise Kühlwasser) ausgetauscht wird.
Das Patentdokument 1 schlägt einen Wärmetauscher vor, der umfasst: einen Wärmesammelabschnitt, der als Wabenstruktur mit mehreren Zellen ausgebildet ist, durch die ein erstes Fluid (beispielsweise ein Abgas) strömen kann; und ein Gehäuse, das so angeordnet ist, dass es eine Außenumfangsfläche des Wärmesammelabschnitts bedeckt, wodurch ein zweites Fluid (beispielsweise Kühlwasser) zwischen dem Wärmesammelabschnitt und dem Gehäuse strömen kann.
Der Wärmetauscher von Patentdokument 1 hat jedoch eine Struktur, in der konstant Abwärme von dem ersten Fluid in dem zweiten Fluid gesammelt wird. Daher wird die Abwärme möglicherweise auch dann gesammelt, wenn keine Notwendigkeit besteht, die Abwärme zu sammeln (auch wenn der Wärmeaustausch nicht erforderlich ist). Daher war es auch dann erforderlich, dass der Wärmetauscher die Kapazität eines Kühlers zum Abgeben der gesammelten Abwärme erhöht, wenn es keine Notwendigkeit gab, die Abwärme zu sammeln.
Andererseits offenbart Patentdokument 2 einen Wärmetauscher, der umfasst: eine hohle säulenförmige Wabenstruktur; ein Abdeckelement, das eine Außenumfangswand der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur abdeckt; einen Innenzylinder, der in einem hohlen Bereich der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet ist und Durchgangslöcher zum Einleiten eines Fluids in Zellen der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur aufweist; einen Rahmen, der einen Strömungsweg für ein zweites Fluid zwischen dem Rahmen und dem Abdeckelement bildet; und ein Auf-Zu-Ventil zum Absperren der Strömung eines ersten Fluids innerhalb des Innenzylinders während des Wärmeaustauschs zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid. Der Wärmetauscher kann durch Öffnen und Schließen des Auf-Zu-Ventils ein Umschalten zwischen Förderung und Unterdrückung der Wärmerückgewinnung (des Wärmetausches) durchführen.
Stand der Technik
Patentdokumente

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-037165 A
[Patentdokument 2] WO 2019/135312 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösendes Problem
Jedoch ist in dem Wärmetauscher von Patentdokument 2 die Strömung des ersten Fluids in der Umgebung der Durchgangslöcher (dem Einlass des Wärmerückgewinnungswegs des ersten Fluids) des Innenzylinders schneller, wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird (wenn das Schaltventil geöffnet ist), während die Strömung des ersten Fluids in der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts (des Auslasses des Wärmerückgewinnungswegs des ersten Fluids) des Innenzylinders langsamer ist. Daher wird eine Druckdifferenz zwischen der Umgebung der Durchgangslöcher des Innenzylinders und der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts des Innenzylinders erzeugt, so dass das erste Fluid leicht von dem stromabwärtigen Endabschnitt des Innenzylinders zu den Durchgangslöchern des Innenzylinders zurückströmt. Im Ergebnis der Studien haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass es das Problem gibt, dass die Wärmeisolationsleistung nicht ausreichend ist, weil die Wärme durch die Strömung des ersten Fluids, das zurückgeströmt ist, zurückgewonnen wird, wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt ist.
Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um die obigen Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher mit verbesserter Wärmeisolationsleistung während der Unterdrückung der Wärmerückgewinnung zu schaffen.
Mittel zum Lösen des Problems
Im Ergebnis intensiver Studien einer Struktur eines Wärmetauschers haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass ein Wärmetauscher mit einer spezifischen Struktur die obigen Probleme lösen kann, und haben die vorliegende Erfindung vervollständigt.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen Wärmetauscher, der umfasst:

eine hohle säulenförmige Wabenstruktur mit einer Innenumfangswand, einer Außenumfangswand und einer zwischen der Innenumfangswand und der Außenumfangswand angeordneten Trennwand, wobei die Trennwand eine mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von eine ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg für ein erstes Fluid zu bilden;
ein erstes äußeres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur passend angebracht ist;
ein inneres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Innenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur passend 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 einen 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; und
ein stromabwärtiges zylindrisches Element mit einem Abschnitt, wobei der Abschnitt mit einem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten äußeren zylindrischen Elements verbunden ist und auf einer radial äußeren Seite des inneren zylindrischen Elements in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden,
wobei das innere zylindrische Element einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich von einer Position der zweiten Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts verringert, und
wobei ein Verhältnis einer Differenz zwischen einem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des inneren zylindrischen Elements und einem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des stromaufwärtigen zylindrischen Elements zu dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des stromaufwärtigen zylindrischen Elements innerhalb ±20 % liegt.

Zudem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wärmetauscher, der aufweist:

eine hohle säulenförmige Wabenstruktur mit einer Innenumfangswand, einer Außenumfangswand und einer zwischen der Innenumfangswand und der Außenumfangswand angeordneten Trennwand, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg für ein erstes Fluid zu bilden;
ein erstes äußeres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur passend angebracht ist;
ein inneres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Innenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur passend 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 einen 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; und
ein stromabwärtiges zylindrisches Element mit einem Abschnitt, wobei der Abschnitt mit einem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten äußeren zylindrischen Elements verbunden ist und auf einer radial äußeren Seite des inneren zylindrischen Elements in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden,
wobei das innere zylindrische Element einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich von einer Position der zweiten Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts verringert, und
wobei das stromaufwärtige zylindrische Element einen stromabwärtigen Endabschnitt aufweist, der sich auf einer stromabwärtigen Seite einer Position der zweiten Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur erstreckt.

Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Wärmetauscher mit verbesserter Wärmeisolationsleistung während der Unterdrückung der Wärmerückgewinnung zu schaffen.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids ist;
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie a-a' in dem Wärmetauscher von 1;
3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht eines Wärmetauschers um einen stromabwärtigen Endabschnitt eines stromaufwärtigen zylindrischen Elements herum, die parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids ist; und
4 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Imprägnier- und Brennverfahrens für metallisches Si.

Genaue Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist und jene, 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, unter den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids ist. 2 ist 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 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: eine hohle säulenförmige Wabenstruktur 10 (die im Folgenden als „säulenförmige Wabenstruktur“ abgekürzt werden kann); ein erstes äußeres zylindrisches Element 20; ein inneres zylindrisches Element 30; ein stromaufwärtiges zylindrisches Element 40; ein zylindrisches Verbindungselement 50; ein stromabwärtiges zylindrisches Element 60. Der Wärmetauscher 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner ein zweites äußeres zylindrisches Element 70 und/oder ein Auf/Zu-Ventil 80 aufweisen.
Nachfolgend werden spezifische Ausführungsformen beschrieben.
(Ausführungsform 1)
Der Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Merkmale (1) und (2):

(1) das innere zylindrische Element 30 weist einen sich verjüngenden Abschnitt auf, dessen Durchmesser sich von einer Position der zweiten Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts verringert; und
(2) ein Verhältnis R einer Differenz zwischen einem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 und einem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 zu dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 liegt innerhalb von ±20 %.

Wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird (wenn das Auf/Zu-Ventil 80 geöffnet ist), kann die Kombination der obigen Merkmale (1) und (2) eine Druckdifferenz zwischen der Umgebung eines stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 (der Umgebung eines Wärmerückgewinnungswegeinlasses A bei Förderung der Wärmerückgewinnung) und der Umgebung eines stromabwärtigen Endes 31b des inneren zylindrischen Elements 30 (der Umgebung eines Wärmerückgewinnungswegauslasses B bei Förderung der Wärmerückgewinnung) verringern, so dass es möglich ist, das Rückströmungsphänomen des ersten Fluids, das von dem Auslass B zu dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A strömt, zu unterdrücken, um die Wärmeisolationsleistung zu verbessern.
Nachfolgend werden die Einzelheiten der Komponenten des Wärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
<Hohle säulenförmige Wabenstruktur 10>
Die hohle säulenförmige Wabenstruktur 10 umfasst eine Innenumfangswand 11, eine Außenumfangswand 12 und eine Trennwand 15, die zwischen der Innenumfangswand 11 und der Außenumfangswand 12 angeordnet ist und mehrere Zellen 14 definiert, die sich von einer ersten Stirnfläche 13a zu einer zweiten Stirnfläche 13b erstrecken, um Strömungswege für ein erstes Fluid zu bilden.
Wie der Begriff hierin verwendet wird, bezieht sich die „hohle säulenförmige Wabenstruktur 10“ auf eine säulenförmige Wabenstruktur 10 mit einem hohlen Bereich an einem mittleren Abschnitt in einem Querschnitt der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10, der senkrecht zu einer Strömungsrichtung des ersten Fluids ist.
Eine Form (äußere Form) der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 ist nicht besonders beschränkt, aber sie kann beispielsweise eine kreisförmige Säulenform, eine elliptische Säulenform, eine viereckige Säulenform oder eine andere polygonale Säulenform sein.
Zudem ist eine Form des hohlen Bereichs in der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 nicht besonders beschränkt, aber sie kann beispielsweise eine kreisförmige Säulenform, eine elliptische Säulenform, eine viereckige Säulenform oder eine andere polygonale Säulenform sein.
Es ist zu beachten, dass die Form der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 und die Form des hohlen Bereichs gleich oder voneinander verschieden sein können. Sie sind jedoch vorzugsweise einander in Bezug auf Widerstandsfähigkeit gegenüber äußerer Einwirkung, thermischer Belastung und dergleichen gleich.
Jede Zelle 14 kann in einem Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids eine beliebige Form einschließlich ohne Einschränkung darauf kreisförmig, elliptisch, dreieckig, viereckig, sechseckig und andere polygonale Formenhaben. Außerdem sind die Zellen 14 radial in einem Querschnitt in einer Richtung senkrecht zu der Strömungswegrichtung des ersten Fluids bereitgestellt. Eine solche Struktur kann es ermöglichen, Wärme des ersten Fluids, das durch die Zellen 14 strömt, effizient zu der Außenseite der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu übertragen.
Eine Dicke der Trennwand 15 kann bevorzugt 0,1 bis 1 mm und stärker bevorzugt 0,2 bis 0,6 mm betragen, obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist. Eine Dicke der Trennwand 15 von 0,1 mm oder mehr kann der hohlsäulenförmigen Wabenstruktur 10 eine ausreichende mechanische Festigkeit verleihen. Ferner kann eine Dicke der Trennwand 5 von 1,0 mm oder weniger Probleme unterdrücken, dass der Druckverlust aufgrund einer Verringerung einer Öffnungsfläche steigt und die Wärmerückgewinnungseffizienz aufgrund einer Verringerung einer Kontaktfläche mit dem ersten Fluid sinkt.
Sowohl die Innenumfangswand 11 als auch die Außenumfangswand 12 haben vorzugsweise eine Dicke, die größer als die der Trennwand 15 ist, obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt sind. Eine solche Struktur kann zu einer erhöhten Festigkeit der Innenumfangswand 11 und der Außenumfangswand 12 führen, die andernfalls dazu neigen würden, eine Beschädigung (z. B. Risse, Sprünge und dergleichen) durch äußere Einwirkung, thermische Belastung aufgrund eines Temperaturunterschieds zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid und dergleichen zu erzeugen.
Außerdem sind die Dicken der Innenumfangswand 11 und der Außenumfangswand 12 nicht besonders beschränkt und sie können je nach Anwendung und dergleichen nach Bedarf angepasst werden. Beispielsweise beträgt die Dicke sowohl der Innenumfangswand 11 als auch der Außenumfangswand 12 bevorzugt 0,3 mm bis 10 mm und stärker bevorzugt 0,5 mm bis 5 mm und noch stärker bevorzugt 1 mm bis 3 mm, wenn der Wärmetauscher 100 für allgemeine Wärmetauscheranwendungen verwendet wird. Darüber hinaus beträgt bei Verwendung des Wärmetauschers 100 für Wärmespeicheranwendungen die Dicke der Außenumfangswand 12 vorzugsweise 10 mm oder mehr, um eine Wärmekapazität der Außenumfangswand 12 zu erhöhen.
Die Trennwand 15, die Innenumfangswand 11 und die Außenumfangswand 12 enthalten vorzugsweise Keramik als Hauptbestandteil. Der Ausdruck „Keramik als Hauptbestandteil enthalten“ bedeutet, dass das Verhältnis einer Masse der Keramik zu der Masse der Gesamtkomponente 50 Masse-% oder mehr beträgt.
Die Trennwand 15, die Innenumfangswand 11 und die Außenumfangswand 12 haben bevorzugt jeweils eine Porosität von 10 % oder weniger und stärker bevorzugt 5 % oder weniger und noch stärker bevorzugt 3 % oder weniger, obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt sind. Ferner kann die Porosität der Trennwand 15, der Innenumfangswand 11 und der Außenumfangswand 120 % betragen. Eine Porosität der Trennwand 15, der Innenumfangswand 11 und der Außenumfangswand 12 von 10 % oder weniger kann zu einer Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit führen.
Die Trennwand 15, die Innenumfangswand 11 und die Außenumfangswand 12 enthalten vorzugsweise SiC (Siliciumcarbid) mit hoher Wärmeleitfähigkeit als Hauptbestandteil. Beispiele eines solchen Materials umfassen Si-imprägniertes SiC, (Si+AI)-imprägniertes SiC, Metallverbund-SiC, rekristallisiertes SiC, Si₃N₄, SiC und dergleichen. Darunter werden Si-imprägniertes SiC und (Si+Al)-imprägniertes SiC bevorzugt verwendet, da sie eine kostengünstigere Herstellung ermöglichen und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Eine Zellendichte (d. h. die Anzahl von Zellen 14 pro Flächeneinheit) im Querschnitt der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 senkrecht zu der Strömungswegrichtung des ersten Fluids liegt vorzugsweise in einem Bereich von 4 bis 320 Zellen/cm², obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist. Eine Zellendichte von 4 Zellen/cm² oder mehr kann die Festigkeit der Trennwände 15 ausreichend sicherstellen, also die Festigkeit der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 selbst und die effektive GSA (geometrische Oberfläche). Ferner kann eine Zellendichte von 320 Zellen/cm² oder weniger eine Verhinderung eines Anstiegs eines Druckverlusts ermöglichen, wenn das erste Fluid strömt.
Die hohle säulenförmige Wabenstruktur 10 hat bevorzugt eine isostatische Festigkeit von mehr als 100 MPa und stärker bevorzugt 150 MPa oder mehr und noch stärker bevorzugt 200 MPa oder mehr, obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist. Eine isostatische Festigkeit der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 von 100 MPa oder mehr kann dazu führen, dass die hohle säulenförmige Wabenstruktur 10 eine verbesserte Haltbarkeit aufweist. Die isostatische Festigkeit der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 kann gemäß dem Verfahren zum Messen der isostatischen Festigkeit gemessen werden, wie es in der JASO-Norm M505-87 definiert ist, die eine Kraftfahrzeugnorm ist, die von der Gesellschaft der Automobilingenieure Japans herausgegeben wird.
Ein Durchmesser (ein Außendurchmesser) der Außenumfangswand 12 im Querschnitt in Richtung senkrecht zu der Strömungswegrichtung des ersten Fluids kann bevorzugt 20 bis 200 mm und stärker bevorzugt 30 bis 100 mm betragen, obwohl er nicht besonders darauf beschränkt ist. Ein derartiger Durchmesser kann eine Verbesserung der Wärmerückgewinnungseffizienz ermöglichen. Wenn die Form der Außenumfangswand 12 nicht kreisförmig ist, wird der Durchmesser des größten einbeschriebenen Kreises, der in die Querschnittsform der Außenumfangswand 12 einbeschrieben ist, als der Durchmesser der Außenumfangswand 12 definiert.
Ferner kann ein Durchmesser der Innenumfangswand 11 im Querschnitt in der Richtung senkrecht zu der Strömungswegrichtung des ersten Fluids bevorzugt 1 bis 50 mm und stärker bevorzugt 2 bis 30 mm betragen, obwohl er nicht besonders darauf beschränkt ist. Wenn die Querschnittsform der Innenumfangswand11 nicht kreisförmig ist, wird der Durchmesser des größten einbeschriebenen Kreises, der in die Querschnittsform der Innenumfangswand11 einbeschrieben ist, als der Durchmesser der Innenumfangswand 11 definiert.
Die hohle säulenförmige Wabenstruktur 10 hat bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 50 W/(m·K) oder mehr bei 25 °C und stärker bevorzugt von 100 bis 300 W/(m·K) und noch stärker bevorzugt von 120 bis 300 W/(m·K), obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist. Eine Wärmeleitfähigkeit der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 in einem solchen Bereich kann zu einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit führen und kann es ermöglichen, die Wärme innerhalb der hohlsäulenförmigen Wabenstruktur 10 effizient nach außen zu übertragen. Es sollte beachtet werden, 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 14 in der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 strömt, kann ein Katalysator auf der Trennwand 15 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 getragen werden. Die Trennwand 15 kann es ermöglichen, dass CO, NOx, HC und dergleichen in dem Abgas durch eine 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 vorstehend aufgeführten Elemente kann als einfache Metallsubstanz, als Metalloxid oder als andere Metallverbindung enthalten sein.
Eine getragene Menge des Katalysators (Katalysatormetall + Träger) kann vorzugsweise 10 bis 400 g/l betragen, obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist. Ferner kann bei Verwendung des Katalysators, der das Edelmetall bzw. die Edelmetalle enthält, die getragene Menge vorzugsweise 0,1 bis 5 g/l betragen, obwohl sie nicht besonders darauf beschränkt ist. Eine getragene Menge des Katalysators (Katalysatormetall + Träger) von 10 g/l oder mehr kann leicht eine Katalyse erzielen. Zudem kann eine getragene Menge des Katalysators (Katalysatormetall + Träger) von 400 g/l oder weniger eine Unterdrückung sowohl eines Anstiegs des Druckverlusts als auch eines Anstiegs der Herstellungskosten ermöglichen. Der Träger bezieht sich auf einen Träger, auf dem ein Katalysatormetall getragen wird. Beispiele der Träger umfassen solche, die mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid, Ceroxid und Zirkonoxid gewähltes Material enthalten.]
<Erstes äußeres zylindrisches Element 20>
Das erste äußere zylindrische Element 20 ist an einer Oberfläche (Außenumfangsfläche) der Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 passend angebracht. Das Anbringen kann entweder direkt oder indirekt durchgeführt werden, aber es kann im Hinblick auf die Wärmerückgewinnungseffizienz vorzugsweise direkt durchgeführt werden.
Das erste äußere zylindrische Element 20 ist ein zylindrisches Element mit einem stromaufwärtigen Endabschnitt 21a und einem stromabwärtigen Endabschnitt 21b.
Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen und eine Mittelachse des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 fällt mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen. Zudem kann eine mittlere Position des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 in axialer Richtung mit derjenigen der säulenförmigen Wabenstruktur 10 in axialer Richtung zusammenfallen. Ferner können Durchmesser (ein Außendurchmesser und ein Innendurchmesser) des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 in der axialen Richtung gleichförmig sein, aber der Durchmesser zumindest eines Teils (beispielsweise beider Enden in der axialen Richtung oder dergleichen) des ersten äußeren Zylinders kann vergrößert oder verkleinert sein.
Nicht einschränkende Beispiele des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 , die hierin verwendet werden können, umfassen ein zylindrisches Element, das an der Oberfläche der Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 passend angebracht ist, um die Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 in Umfangsrichtung zu bedecken.
Wie hier verwendet, bedeutet „passend angebracht“, dass die säulenförmige Wabenstruktur 10 und das erste äußere zylindrische Element 20 in einem Zustand aneinander fixiert sind, in dem sie aneinander angepasst sind. Daher umfasst das passende Anbringen der säulenförmigen Wabenstruktur 10 und des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 Fälle, in denen die säulenförmige Wabenstruktur 10 und das erste äußere zylindrische Element 20 durch ein Fixierungsverfahren, das auf einer Passung wie beispielsweise einer Spielpassung, einer Presspassung und Schrumpfpassung basiert, sowie durch Hartlöten, Schweißen, Diffusionsverbinden und dergleichen aneinander fixiert werden.
Das erste äußere zylindrische Element 20 kann vorzugsweise eine innere Oberflächenform haben, die der Oberfläche der Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 entspricht. Da die innere Oberfläche des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 in direktem Kontakt mit der Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 steht, wird die Wärmeleitfähigkeit verbessert und die Wärme in der säulenförmigen Wabenstruktur 10 kann effizient auf das erste äußere zylindrische Element 20 übertragen werden.
Hinsichtlich der Verbesserung der Wärmerückgewinnungseffizienz ist ein höheres Verhältnis einer Fläche eines Abschnitts, der in Umfangsrichtung mit dem ersten äußeren zylindrischen Element 20 bedeckt ist, in der Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu der Gesamtfläche der Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 bevorzugt. Insbesondere beträgt das Flächenverhältnis bevorzugt 80 % oder mehr und stärker bevorzugt 90 % oder mehr und noch stärker bevorzugt 100 % (das heißt, die gesamte Außenumfangswand 12 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 ist in Umfangsrichtung mit dem ersten äußeren zylindrischen Element 20 bedeckt).
Es ist zu beachten, dass sich der hier verwendete Begriff „die Oberfläche der Außenumfangswand 12“ auf eine Oberfläche der säulenförmigen Wabenstruktur 10 bezieht, die parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids ist, und keine Oberflächen (die erste Stirnfläche 13a und die zweite Stirnfläche 13b) der säulenförmigen Wabenstruktur 10 umfasst, die senkrecht zu der Strömungswegrichtung des ersten Fluids sind.
Das erste äußere zylindrische Element 20 ist im Hinblick auf die Herstellbarkeit vorzugsweise aus einem Metall hergestellt, obwohl es nicht besonders darauf beschränkt ist. Ferner ist das metallische erste äußere zylindrische Element 20 auch insofern bevorzugt, als es leicht an ein zweites äußeres zylindrisches Element 70 oder dergleichen geschweißt werden kann, was nachstehend beschrieben ist. Beispiele für das Material des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, das hier verwendet werden kann, umfassen Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Darunter ist Edelstahl vorzuziehen, da er eine hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist und kostengünstig ist.
Das erste äußere zylindrische Element 20 hat vorzugsweise 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 es nicht besonders darauf beschränkt ist. Eine Dicke des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 von 0,1 mm oder mehr kann Haltbarkeit und Zuverlässigkeit gewährleisten. Eine Dicke des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 beträgt bevorzugt 10 mm oder weniger und stärker bevorzugt 5 mm oder weniger und noch stärker bevorzugt 3 mm oder weniger. Eine Dicke des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 von 10 mm oder weniger kann den Wärmewiderstand verringern und die Wärmeleitfähigkeit verbessern.
<Inneres zylindrisches Element 30>
Das innere zylindrische Element 30 ist an einer Oberfläche (einer Innenumfangsfläche) der Innenumfangswand 11 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 passend angebracht. Die passende Anbringung kann entweder direkt oder indirekt sein.
Das innere zylindrische Element 30 ist ein zylindrisches Element mit einem stromaufwärtigen Endabschnitt 31a und einem stromabwärtigen Endabschnitt 31b.
Das innere zylindrische Element 30 weist einen sich verjüngenden Abschnitt 32 auf, dessen Durchmesser sich von der Position der zweiten Stirnfläche 13b der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu dem stromabwärtigen Endabschnitt 31b verringert. Das Bereitstellen eines solchen sich verjüngenden Abschnitts 32 kann eine Differenz zwischen dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 und dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 verringern.
Ein Verhältnis R der Differenz zwischen dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 und dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 zu dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 liegt innerhalb von ±20 % und bevorzugt innerhalb von ±15 % und stärker bevorzugt innerhalb von ±10 %.
Hier kann das obige Verhältnis R durch die folgende Gleichung berechnet werden: $\begin{array}{l} R = (Innendurchmesser des stromabw \ddot{a} rtigen Endabschnitts 41b des \\ stromaubw \ddot{a} rtigen zylindrischen Elements 40 - Innendurchmesser des \\ stromabw \ddot{a} rtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements \\ 30) /Innendurchmesser des stromabw \ddot{a} rtigen Endabschnitts 41b des \\ stromaufw \ddot{a} rtigen zylindrischen Elements 40 \times 100 . \end{array}$
Wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird (wenn das Auf/Zu-Ventil 80 geöffnet ist), kann das obige Verhältnis R innerhalb von ±20 % eine äquivalente Durchflussrate des ersten Fluids in der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 (in der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegeinlasses A, wenn die Wärmerückgewinnung gefördert wird) zu dem des ersten Fluids in der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 (in der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegauslasses B, wenn die Wärmerückgewinnung gefördert wird) erreichen, wodurch eine Differenz zwischen Drücken in der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 und in der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 verringert wird. Im Ergebnis kann das Rückströmungsphänomen des ersten Fluids, das von dem Wärmerückgewinnungswegauslass B zu dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A strömt, unterdrückt werden, so dass die Wärmeisolationsleistung verbessert werden kann.
Wenn ferner das obige Verhältnis R positiv ist, wird die Rückströmung des ersten Fluids, das von dem Wärmerückgewinnungswegauslass B zu dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A strömt, tendenziell erzeugt, während dann, wenn es negativ ist, tendenziell die Vorwärtsströmung des ersten Fluids von dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A zu dem Wärmerückgewinnungswegauslass B erzeugt wird. Da die Vorwärtsströmung des ersten Fluids tendenziell die Wärmeisolationsleistung im Vergleich zur Rückströmung des ersten Fluids verschlechtert, ist es vorzuziehen, eher die Vorwärtsströmung des ersten Fluids als die Rückströmung des ersten Fluids zu unterdrücken. Daher ist es bevorzugt, dass das Verhältnis R einen positiven Wert zeigt (z. B. 0 bis 20 %, 0 bis 15 % oder 0 bis 10 %).
Der sich verjüngende Abschnitt 32 hat einen Neigungswinkel des inneren zylindrischen Elements 30 relativ zu der axialen Richtung von bevorzugt 45° oder weniger und stärker bevorzugt 42° oder weniger und noch stärker bevorzugt 40° oder weniger. Das Steuern des Neigungswinkels auf einen solchen Winkel kann die Strömung des ersten Fluids, das zwischen dem inneren zylindrischen Element 30 und dem stromaufwärtigen zylindrischen Element 40 strömt, um in die säulenförmige Wabenstruktur 10 einzutreten, unterdrücken. wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird (wenn das Auf/Zu-Ventil 80 geöffnet ist), so dass die Wärmeisolationsleistung verbessert werden kann.
Außerdem ist die untere Grenze des Neigungswinkels des verjüngten Abschnitts 32 nicht besonders beschränkt, kann aber im Hinblick auf die Bereitstellung des kompakten Wärmetauschers 100 im Allgemeinen 10° und bevorzugt 15° betragen.
Vorzugsweise ist der stromaufwärtige Endabschnitt 31a des inneren zylindrischen Elements 30 im Wesentlichen an der gleichen Position wie die erste Stirnfläche 13a der säulenförmigen Wabenstruktur 10 angeordnet. Eine solche Struktur kann den Strömungsweg für das erste Fluid, das zwischen dem inneren zylindrischen Element 30 und dem stromaufwärtigen zylindrischen Element 40 strömt, um in die säulenförmige Wabenstruktur 10 einzutreten, verkürzen, wenn die Wärmerückgewinnung gefördert wird (wenn das Auf/Zu-Ventil 80 geschlossen ist), so dass die Wärmerückgewinnungsleistung verbessert werden kann.
Wie hierin verwendet, ist „im Wesentlichen die gleiche Position wie die erste Stirnfläche 13a der säulenförmigen Wabenstruktur 10“ ein Konzept, das nicht nur die gleiche Position wie die erste Stirnfläche 13a umfasst, sondern auch eine Position, die um ungefähr ±10 mm von der ersten Stirnfläche 13a der säulenförmigen Wabenstruktur 10 in der axialen Richtung der säulenförmigen Wabenstruktur 10 versetzt ist.
Es ist bevorzugt, dass eine axiale Richtung des inneren zylindrischen Elements 30 mit jener der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammenfällt und eine Mittelachse des inneren zylindrischen Elements 30 mit jener der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammenfällt. Ferner ist es bevorzugt, dass eine axiale Mittelposition des inneren zylindrischen Elements 30 mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 übereinstimmt.
Nicht einschränkende Beispiele des inneren zylindrischen Elements 30, die hierin verwendet werden können, umfassen ein zylindrisches Element, bei dem ein Teil der Außenumfangsfläche des inneren zylindrischen Elements 30 in Kontakt mit der Oberfläche der Innenumfangswand 11 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 steht.
Hier können ein Teil der Außenumfangsfläche des inneren zylindrischen Elements 30 und die Oberfläche der Innenumfangswand 11 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 in direktem Kontakt miteinander oder in indirektem Kontakt über ein anderes Element (z. B. eine wärmeisolierende Matte) miteinander stehen.
Der Teil der Außenumfangsfläche des inneren zylindrischen Elements 30 und die Oberfläche der Innenumfangswand 11 der säulenförmigen Wabenstruktur 10 sind in einem Zustand aneinander fixiert, in dem sie passend aneinander angebracht sind. Ein Fixierungsverfahren umfasst das gleiche Verfahren wie dasjenige des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie es oben beschrieben ist, ist aber nicht darauf beschränkt.
Ein Material des inneren zylindrischen Elements 30 umfasst ohne Einschränkung darauf die gleichen Materialien wie diejenigen des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie sie oben beschrieben sind.
Eine Dicke des inneren zylindrischen Elements 30 umfasst ohne Einschränkung darauf die gleiche Dicke wie die des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie sie oben beschrieben ist.
<Stromaufwärtiges zylindrisches Element 40>
Das stromaufwärtige zylindrische Element 40 hat einen Abschnitt, der auf einer radial inneren Seite des inneren zylindrischen Elements 30 in einem Abstand angeordnet ist, um einen Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden.
Das stromaufwärtige zylindrische Element 40 ist ein zylindrisches Element mit einem stromaufwärtigen Endabschnitt 41a und einem stromabwärtigen Endabschnitt 41b.
Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen und eine Mittelachse des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 fällt mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen.
Bei dem stromaufwärtigen zylindrischen Element 40 erstreckt sich der stromabwärtige Endabschnitt 41b vorzugsweise auf einer stromabwärtigen Seite der Position der zweiten Stirnfläche 13b der säulenförmigen Wabenstruktur 10. Eine derartige Struktur kann den Abstand zwischen der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 (der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegeinlasses A bei Förderung der Wärmerückgewinnung) und der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 (der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegauslasses B bei Förderung der Wärme Wärmerückgewinnung) verkürzen, so dass die Druckdifferenz zwischen beiden verringert wird, wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird (wenn das Auf/Zu-Ventil 80 geöffnet ist). Im Ergebnis kann das Rückströmungsphänomen des ersten Fluids, das von dem Wärmerückgewinnungswegauslass B zu dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A strömt, unterdrückt werden, so dass die Wärmeisolationsleistung verbessert werden kann.
Bei dem stromaufwärtsseitigen zylindrischen Element 40 ist es bevorzugt, dass der stromabwärtsseitige Endabschnitt 41b in der radialen Richtung nach innen gekrümmt ist. Eine solche Struktur kann verhindern, dass das erste Fluid durch den Wärmerückgewinnungswegeinlass A eintritt, um zu der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu fließen, wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird (wenn das Auf/Zu-Ventil 80 geöffnet ist), so dass die Wärmeisolationsleistung verbessert werden kann.
Hier zeigt 3 eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des Wärmetauschers, bei dem der stromabwärtige Endabschnitt 41b in radialer Richtung nach innen gekrümmt ist. 3 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 um den stromabwärtigen Endabschnitt 41b herum, die parallel zu der Strömungsrichtung des ersten Fluids ist.
Wie es in 3 gezeigt ist, weist der stromabwärtige Endabschnitt 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 einen gekrümmten Abschnitt 42 auf, der in der radialen Richtung nach innen gekrümmt ist. Aufgrund des Vorhandenseins des gekrümmten Abschnitts 42 ist es für das erste Fluid schwierig, zwischen dem inneren zylindrischen Element 30 und dem stromaufwärtigen zylindrischen Element 40 aus dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A einzudringen, wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird (wenn das Auf/Zu-Ventil 80 geöffnet ist), was zu einem gleichmäßigen Strömen des ersten Fluids zu der stromabwärtigen Seite führt.
Ein Krümmungsgrad des stromabwärtigen Endabschnitts 41b ist nicht besonders beschränkt, aber er kann in der radialen Richtung um etwa 0,5 bis 1,0 mm relativ zu dem nicht gekrümmten Abschnitt nach innen gekrümmt sein.
Die Struktur des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 auf der Seite des stromaufwärtigen Endabschnitts 41a ist nicht besonders beschränkt, aber sie kann nach Bedarf abhängig von der Form anderer Komponenten (z. B. Rohrleitungen), mit denen der stromaufwärtige Endabschnitt 41a des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 verbunden ist, angepasst werden. Wenn beispielsweise der Durchmesser der anderen Komponente größer ist als der des stromaufwärtigen Endabschnitts 41a, kann der Durchmesser des stromaufwärtigen Endabschnitts 41a vergrößert werden, wie es in 1 gezeigt ist.
Ein Verfahren zum Fixieren des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 ist nicht besonders beschränkt, aber das stromaufwärtige zylindrische Element 40 kann an dem ersten zylindrischen Element 20 oder dergleichen über ein unten beschriebenes zylindrisches Verbindungselement 50 fixiert sein. Das Fixierungsverfahren umfasst ohne Einschränkung darauf das gleiche Verfahren wie für das erste äußere zylindrische Element 20, wie es oben beschrieben ist.
Ein Material des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 umfasst die gleichen Materialien wie diejenigen des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie sie oben aufgelistet sind, ist aber nicht darauf beschränkt.
Eine Dicke des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 umfasst die gleiche Dicke wie die des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie es oben beschrieben ist, ist aber nicht darauf beschränkt.
<Zylindrisches Verbindungselement 50>
Das zylindrische Verbindungselement 50 ist ein zylindrisches Element, das den stromaufwärtigen Endabschnitt 21a des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 mit der stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 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 71a eines zweiten äußeren zylindrischen Elements 70, der später beschrieben wird, oder dergleichen zwischen dem stromaufwärtigen Endabschnitt 21a des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 und der stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 angeordnet sein.
Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des zylindrischen Verbindungselements 50 mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen und eine Mittelachse des zylindrischen Verbindungselements 50 fällt mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen.
Die Form des zylindrischen Verbindungselements 50 ist nicht besonders beschränkt, aber es kann eine gekrümmte Struktur haben. Solch eine Struktur kann für ein glattes Strömen des ersten Fluids, das durch den Wärmerückgewinnungswegeinlass A eintritt, um zu der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu strömen, sorgen, so dass der Druckverlust verringert werden kann.
Ein Material des zylindrischen Verbindungselements 50 umfasst ohne Einschränkung darauf die gleichen Materialien wie jene des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie sie oben aufgelistet sind.
Eine Dicke des zylindrischen Verbindungselements 50 umfasst die gleiche Dicke wie die des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie es oben beschrieben ist, ist aber nicht darauf beschränkt.
<Stromabwärtiges zylindrisches Element 60>
Das stromabwärtige zylindrische Element 60 weist einen Abschnitt auf, der mit dem stromabwärtigen Endabschnitt 21b des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 verbunden ist und der auf einer radial äußeren Seite des inneren zylindrischen Elements 30 in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden. Die Verbindung kann direkt oder indirekt sein. Im Fall einer indirekten Verbindung kann beispielsweise ein stromabwärtiger Endabschnitt 71b eines zweiten äußeren zylindrischen Elements 70, der nachstehend beschrieben wird, oder dergleichen zwischen dem stromabwärtigen zylindrischen Element 60 und dem stromabwärtigen Endabschnitt 21b des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 angeordnet sein.
Das stromabwärtige zylindrische Element 60 ist ein zylindrisches Element mit einem stromaufwärtigen Endabschnitt 61a und einem stromabwärtigen Endabschnitt 61b.
Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des stromabwärtigen zylindrischen Elements 60 mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen und eine Mittelachse des stromabwärtigen zylindrischen Elements 60 fällt mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen.
Durchmesser (Außendurchmesser und Innendurchmesser) des stromabwärtigen zylindrischen Elements 60 können in axialer Richtung gleichförmig sein, aber zumindest ein Teil der Durchmesser kann verkleinert oder vergrößert sein.
Ein Material des stromabwärtigen zylindrischen Elements 60 umfasst die gleichen Materialien wie diejenigen des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie sie oben aufgelistet sind, ist aber nicht darauf beschränkt.
Eine Dicke des stromabwärtigen zylindrischen Elements 60 umfasst die gleiche Dicke wie die des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie sie oben beschrieben ist, ist aber nicht darauf beschränkt.
<Zweites äußeres zylindrisches Element 70>
Das zweite äußere zylindrische Element 70 ist an einer radial äußeren Seite des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 in einem Abstand angeordnet, um einen Strömungsweg für ein zweites Fluid zu bilden.
Das zweite äußere zylindrische Element 70 ist ein zylindrisches Element mit einem stromaufwärtigen Endabschnitt 71a und einem stromabwärtigen Endabschnitt 71b.
Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des äußeren zylindrischen Elements 70 mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen und eine Mittelachse des zweiten äußeren zylindrischen Elements 70 fällt mit der der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zusammen.
Der stromaufwärtige Endabschnitt 71a des zweiten äußeren zylindrischen Elements 70 erstreckt sich vorzugsweise über die Position der ersten Stirnfläche 13a der säulenförmigen Wabenstruktur 10 hinaus zu der stromaufwärtigen Seite. Eine solche Struktur kann eine Verbesserung der Wärmerückgewinnungseffizienz ermöglichen.
Das zweite äußere zylindrische Element 70 ist vorzugsweise sowohl mit einem Zuführrohr 72 zum Zuführen des zweiten Fluids in einen Bereich zwischen dem zweiten äußeren zylindrischen Element 70 und dem ersten äußeren zylindrischen Element 20 als auch mit einem Abführrohr 73 zum Abführen des zweiten Fluids aus einem Bereich zwischen dem zweiten äußeren zylindrischen Element 70 und dem ersten äußeren zylindrischen Element 20 verbunden. Das Zuführrohr 72 und das Abführrohr 73 sind vorzugsweise an Positionen bereitgestellt, die jeweils beiden axialen Enden der säulenförmigen Wabenstruktur 10 entsprechen.
Das Zuführrohr 72 und das Abführrohr 73 können sich in die gleiche Richtung erstrecken oder können sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken.
Das zweite äußere zylindrische Element 70 ist vorzugsweise so angeordnet, dass Innenumfangsflächen des stromaufwärtigen Endabschnitts 71a und des stromabwärtigen Endabschnitts 71b in direktem oder indirektem Kontakt mit der Außenumfangsfläche des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 stehen.
Ein Verfahren zum Fixieren der Innenumfangsflächen des stromaufwärtigen Endabschnitts 71a und des stromabwärtigen Endabschnitts 71b des zweiten äußeren zylindrischen Elements 70 an der Außenumfangsfläche des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, das hierin verwendet werden kann, umfasst ohne Einschränkung darauf eine Passung wie Spielpassung, Presspassung und Schrumpfpassung sowie Hartlöten, Schweißen, Diffusionsverbinden und dergleichen.
Durchmesser (Außendurchmesser und Innendurchmesser) des zweiten äußeren zylindrischen Elements 70 können in axialer Richtung gleichförmig sein, aber der Durchmesser zumindest eines Teils (beispielsweise eines mittleren Abschnitts in axialer Richtung, beider Enden in axialer Richtung oder dergleichen) des zweiten äußeren zylindrischen Elements 70 kann verkleinert oder vergrößert sein. Beispielsweise kann sich das zweite Fluid durch Verringern des Durchmessers des mittleren Abschnitts in axialer Richtung des zweiten äußeren zylindrischen Elements 70 über die gesamte Außenumfangsrichtung des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 in dem zweiten äußeren zylindrischen Element 70 auf den Seiten des Zuführrohrs 72 und Abführrohrs 73 verteilen. Daher wird eine nicht zum Wärmeaustausch an dem mittleren Abschnitt in der axialen Richtung beitragende Menge des zweiten Fluids reduziert, so dass die Wärmeaustauscheffizienz verbessert werden kann.
Ein Material des zweiten äußeren zylindrischen Elements 70 umfasst die gleichen Materialien wie diejenigen des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie sie oben aufgelistet sind, ist aber nicht darauf beschränkt,.
Eine Dicke des zweiten äußeren zylindrischen Elements 70 umfasst die gleiche Dicke wie die des ersten äußeren zylindrischen Elements 20, wie sie oben beschrieben ist, ist aber nicht darauf beschränkt,.
<Auf/Zu-Ventil 80>
Ein Auf/Zu-Ventil 80 ist auf der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 angeordnet.
Das Auf/Zu-Ventil 80 ist so konfiguriert, dass es den Durchfluss des ersten Fluids innerhalb des inneren zylindrischen Elements 30 anpassen kann. Insbesondere kann das Auf/Zu-Ventil 80 es dem ersten Fluid durch Schließen des Auf/Zu-Ventils 80 dann, wenn die Wärmerückgewinnung gefördert wird, ermöglichen, aus dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A durch die säulenförmige Wabenstruktur 10 hindurch zu strömen. Außerdem kann das Auf/Zu-Ventil 80 es dem ersten Fluid durch Öffnen des Auf/Zu-Ventils 80 dann, wenn der Wärmeaustausch unterdrückt wird, ermöglichen, von der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 durch das stromabwärtige zylindrische Element 60 zu strömen, um das erste Fluid aus dem Wärmetauscher nach außen abzugeben.
Die Form und Struktur des Auf/Zu-Ventils 80 sind nicht besonders beschränkt, aber sie können je nach Form des inneren zylindrischen Elements 30, in dem das Auf/Zu-Ventil 50 bereitgestellt ist, und dergleichen ausgewählt werden.
<Erstes Fluid und zweites Fluid>
Das erste Fluid und das zweite Fluid, die in dem Wärmetauscher 100 verwendet werden, sind nicht besonders beschränkt, und verschiedene Flüssigkeiten und Gase können verwendet werden. Wenn der Wärmetauscher 100 beispielsweise an einem Kraftfahrzeug montiert ist, kann als erstes Fluid ein Abgas verwendet werden, und als zweites Fluid kann Wasser oder Frostschutzmittel (LLC definiert durch JIS K2234:2006) verwendet werden. Ferner kann das erste Fluid ein Fluid mit einer Temperatur sein, die höher als die des zweiten Fluids ist.
<Verfahren zum Herstellen des Wärmetauschers 100>
Der Wärmetauscher 100 kann gemäß einem im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann der Wärmetauscher 100 gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
Zuerst wird ein Keramikpulver enthaltender Grünkörper in eine gewünschte Form extrudiert, um einen geformten Wabenkörper herzustellen. Zu diesem Zeitpunkt können die Form und Dichte der Zellen 14 und die Längen und Dicken der Trennwand 15, der Innenumfangswand 11 und der Außenumfangswand 12 und dergleichen durch Auswahl von Düsen und Spannvorrichtungen in geeigneten Formen gesteuert werden. Das Material des geformten Wabenkörpers, der hierin verwendet werden kann, umfasst die oben beschriebenen Keramiken. Beispielsweise werden beim Herstellen eines geformten Wabenkörpers, der den Si-imprägnierten SiC-Verbundstoff als Hauptbestandteil enthält, ein Bindemittel und Wasser oder ein organisches Lösungsmittel zu einer vorbestimmten Menge an SiC-Pulver gegeben und die resultierende Mischung wird geknetet, um einen Grünkörper zu bilden, der dann zu einem geformten Wabenkörper mit einer gewünschten Form geformt werden kann. Der resultierende geformte Wabenkörper kann dann getrocknet werden und der geformte Wabenkörper kann mit metallischem Si imprägniert und unter reduziertem Druck in einem Inertgas oder Vakuum gebrannt werden, um eine hohle säulenförmige Wabenstruktur 10 mit den durch die Trennwand 15 definierten Zellen 14 zu erhalten. Das Imprägnieren und Brennen von metallischem Si umfasst, wie es in 4(a) bis 4(g) gezeigt ist, ein Anordnen eines das metallische Si enthaltenden Klumpens 90 und eines geformten Wabenkörpers 110 derart, dass sie miteinander in Kontakt sind, und ein Brennen derselben. Der Kontaktpunkt des das metallische Si enthaltenden Klumpens 90 in dem geformten Wabenkörper 110 kann die Stirnfläche, die Oberfläche der Außenumfangswand oder die Oberfläche der Innenumfangswandsein. Wenn das Imprägnieren und das Brennen ausgeführt werden, während mehrere geformte Wabenkörper 110 gestapelt sind, wie es in 4(c) gezeigt ist, kann ein Trägerelement 120 wie beispielsweise eine Trägersäule zwischen den zwei zu stapelnden Wabenformkörpern 110 bereitgestellt sein. Darüber hinaus können die zwei Wabenformkörper 110, wie es in 4(d) und 4(e) gezeigt ist, miteinander in Kontakt gebracht werden, ohne das Trägerelement 120 bereitzustellen, und in diesem Fall können die mit dem metallischen Si imprägnierten geformten Wabenkörper 110 durch das Imprägnieren und Brennen zusammengefügt werden. Unter dem Gesichtspunkt der Produktivität der geformten Wabenkörper 110 mit verschiedenen Formen, wie sie in 4(h) gezeigt sind, können ein hohler Wabenformkörper 110a und ein massiver Wabenformkörper 110b, der in dem hohlen Bereich des ersteren angeordnet ist, angeordnet werden und ihre geformten Körper können so angeordnet werden, dass sie in Kontakt mit dem das Metall Si enthaltenden Klumpen 90 sind, und dem Imprägnieren und Brennen unterzogen werden.
Die hohle säulenförmige Wabenstruktur 10 wird dann in das erste äußere zylindrische Element 20 eingesetzt und das erste äußere zylindrische Element 20 wird an der Oberfläche der Außenumfangswand 12 der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 passend angebracht. Anschließend wird das innere zylindrische Element 30 in den hohlen Bereich der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 eingesetzt und das innere zylindrische Element 30 wird an der Oberfläche der Innenumfangswand11 der hohlen säulenförmigen Wabenstruktur 10 passend angebracht. Das zweite äußere zylindrische Element 70 wird dann auf der radial äußeren Seite des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 angeordnet und fixiert. Das Zuführrohr 72 und das Abführrohr 73 können zuvor an dem zweiten äußeren zylindrischen Element 70 fixiert werden, aber sie können auch in einem angemessenen Stadium an dem zweiten äußeren zylindrischen Element 70 fixiert werden. Als Nächstes wird das stromaufwärtige zylindrische Element 40 auf der radial inneren Seite des inneren zylindrischen Elements 30 angeordnet und der stromaufwärtige Endabschnitt 21a des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 und die stromaufwärtige Seite des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 werden über das zylindrische Verbindungselement 50 miteinander verbunden. Das Auf/Zu-Ventil 80 wird dann an der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts 31b des inneren zylindrischen Elements 30 angebracht. Das stromabwärtige zylindrische Element 60 wird dann an dem stromabwärtigen Endabschnitt 21b des ersten äußeren zylindrischen Elements 20 angeordnet und mit diesem verbunden.
Außerdem sind die Reihenfolgen des Anordnens und Fixierens (passenden Anbringens) der jeweiligen Elemente nicht auf die vorstehenden Reihenfolgen beschränkt und sie können nach Bedarf innerhalb eines Bereichs geändert werden, in dem die Elemente hergestellt werden können. Als Verfahren zum Fixieren (passenden Anbringen) kann das obige Verfahren verwendet werden.
Da der Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung die Druckdifferenz zwischen der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegeinlasses A und der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegauslasses B dann reduzieren kann, wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird, kann das Rückströmungsphänomen des ersten Fluids, das von dem Wärmerückgewinnungswegauslass B zu dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A strömt, unterdrückt werden, so dass die Wärmeisolationsleistung verbessert werden kann.
(Ausführungsform 2)
Der Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Merkmale (1) und (3) auf:

(1) das innere zylindrische Element 30 weist einen sich verjüngenden Abschnitt 32 auf, dessen Durchmesser sich von einer Position der zweiten Stirnfläche 13b der säulenförmigen Wabenstruktur 10 zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts 31b verringert;
(3) ein stromabwärtiger Endabschnitt 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 erstreckt sich auf einer stromabwärtigen Seite einer Position der zweiten Stirnfläche 13b der säulenförmigen Wabenstruktur 10.

Wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird (wenn das Auf/Zu-Ventil 80 geöffnet ist), kann die Kombination der obigen Merkmale (1) und (3) eine Druckdifferenz zwischen der Umgebung des stromabwärtigen Endabschnitts 41b des stromaufwärtigen zylindrischen Elements 40 (der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegeinlasses A bei Förderung der Wärmerückgewinnung) und der Umgebung des stromabwärtigen Endes 31b des inneren zylindrischen Elements 30 (der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegauslasses B bei Förderung der Wärmerückgewinnung) verringern, so dass dies möglich ist, das Rückströmungsphänomen des ersten Fluids, das von dem Auslass B zu dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A strömt, zu unterdrücken, um die Wärmeisolationsleistung zu verbessern.
Es ist zu beachten, dass, da andere Komponenten des Wärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung die gleichen sind wie diejenigen des Wärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, die Beschreibung dieser Komponenten weggelassen wird. Die Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie jene, die in den Beschreibungen des Wärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erscheinen, sind die gleichen wie die Komponenten des Wärmetauschers 100 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
Da der Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung die Druckdifferenz zwischen der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegeinlasses A und der Umgebung des Wärmerückgewinnungswegauslasses B verringern kann, wenn die Wärmerückgewinnung unterdrückt wird, kann das Rückströmungsphänomen des ersten Fluids, das von dem Wärmerückgewinnungswegauslass B zu dem Wärmerückgewinnungswegeinlass A strömt, unterdrückt werden, so dass die Wärmeisolationsleistung verbessert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: säulenförmige Wabenstruktur
11: Innenumfangswand
12: Außenumfangswand
13a: erste Stirnfläche
13b: zweite Stirnfläche
14: Zelle
15: Trennwand
20: erstes äußeres zylindrisches Element
21a: stromaufwärtiger Endabschnitt
21b: stromabwärtiger Endabschnitt
30: inneres zylindrisches Element
31a: stromaufwärtiger Endabschnitt
31b: stromabwärtiger Endabschnitt
32: sich verjüngender Abschnitt
40: stromaufwärtiges zylindrisches Element
41a: stromaufwärtiger Endabschnitt
41b: stromabwärtiger Endabschnitt
42: gekrümmter Abschnitt
50: zylindrisches Verbindungselement
60: stromabwärtiges zylindrisches Element
61a: stromaufwärtiger Endabschnitt
61b: stromabwärtiger Endabschnitt
70: zweites äußeres zylindrisches Element
71a: stromaufwärtiger Endabschnitt
71b: stromabwärtiger Endabschnitt
72: Zuführrohr
73: Abführrohr
80: Auf/Zu-Ventil
90: Klumpen, der metallisches Si enthält
100: Wärmetauscher
110: geformter Wabenkörper
110a: hohler geformter Wabenkörper
110b: massiver geformter Wabenkörper
120: Trägerelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2019/135312 A1 [0006]

Claims

Wärmetauscher, der Folgendes umfasst: eine hohle säulenförmige Wabenstruktur mit einer Innenumfangswand, einer Außenumfangswand und einer zwischen der Innenumfangswand und der Außenumfangswand angeordneten Trennwand, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg für ein erstes Fluid zu bilden; ein erstes äußeres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur passend angebracht ist; ein inneres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Innenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur passend 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 einen 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; und ein stromabwärtiges zylindrisches Element mit einem Abschnitt, wobei der Abschnitt mit einem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten äußeren zylindrischen Elements verbunden ist und auf einer radial äußeren Seite des inneren zylindrischen Elements in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden, wobei das innere zylindrische Element einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich von einer Position der zweiten Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts verringert, und wobei ein Verhältnis einer Differenz zwischen einem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des inneren zylindrischen Elements und einem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des stromaufwärtigen zylindrischen Elements zu dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des stromaufwärtigen zylindrischen Elements innerhalb ±20 % liegt.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das stromaufwärtige zylindrische Element einen stromabwärtigen Endabschnitt aufweist, der sich auf einer stromabwärtigen Seite der zweiten Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur erstreckt.
Wärmetauscher, der Folgendes umfasst: eine hohle säulenförmige Wabenstruktur mit einer Innenumfangswand, einer Außenumfangswand und einer zwischen der Innenumfangswand und der Außenumfangswand angeordneten Trennwand, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg für ein erstes Fluid zu bilden; ein erstes äußeres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur passend angebracht ist; ein inneres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Innenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur passend 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 einen 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; und ein stromabwärtiges zylindrisches Element mit einem Abschnitt, wobei der Abschnitt mit einem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten äußeren zylindrischen Elements verbunden ist und auf einer radial äußeren Seite des inneren zylindrischen Elements in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden, wobei das innere zylindrische Element einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich von einer Position der zweiten Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts verringert, und wobei das stromaufwärtige zylindrische Element einen stromabwärtigen Endabschnitt aufweist, der sich auf einer stromabwärtigen Seite einer Position der zweiten Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur erstreckt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der sich verjüngende Abschnitt einen Neigungswinkel zu einer axialen Richtung des inneren zylindrischen Elements von 45° oder weniger aufweist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der stromabwärtige Endabschnitt des stromaufwärtigen zylindrischen Elements in einer radialen Richtung nach innen gekrümmt ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das innere zylindrische Element den stromaufwärtigen Endabschnitt aufweist, der im Wesentlichen an der gleichen Position wie die erste Stirnfläche der säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Wärmetauscher ferner ein zweites äußeres zylindrisches Element aufweist, 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.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Wärmetauscher ferner ein Auf/Zu-Ventil aufweist, das auf der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts des inneren zylindrischen Elements angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, wobei das Auf/Zu-Ventil so ausgelegt ist, dass es den Durchfluss des ersten Fluids innerhalb des inneren zylindrischen Elements während des Wärmeaustauschs anpassen kann.