JP2017219226A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体の流路構成の密閉性をより好適に確保する。【解決手段】熱交換器は、筒状のケース１０と、ケース１０に収納された柱状のセラミック体２０と、ケース１０とセラミック体２０との間を封止する封止部材３０とを備える。ケース１０は、軸方向の両端にそれぞれ形成されていてケース１０の内外を貫通する一対の第１開口部１２、１３を有するとともに、周面にそれぞれ形成されていてケースの内外を貫通する一対の第２開口部１４、１５を有し、セラミック体２０は、第１熱媒体が流通する第１流路と第２熱媒体が流通する第２流路とを有し、第１流路は、一対の第１開口部１２、１３の間を連通し、第２流路は、一対の第２開口部１４、１５の間を連通し、封止部材３０は、環状の金属材料によって構成され、第１流路の各流路端部を囲むように第１開口部１２、１３とセラミック体２０の端部との間に配置している。【選択図】図１

Description

本発明は、一方の熱媒体から他方の熱媒体へ熱伝達が行われるようにする熱交換器に関する。

特許文献１に開示されたセラミック熱交換器は、熱交換体を備え、この熱交換体は、第一流体流通部と第二流体流通部とを備えている。第一流体流通部は、隔壁によって仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に延びる複数のセルによって構成されている。第二流体流通部は、隔壁によって仕切られて軸方向と直交する方向に延びる複数のセルによって構成されている。第一流体流通部には加熱体が流通し、第二流体流通部には被加熱体が流通して、加熱体から被加熱体へ熱が伝達される。熱交換体は、熱交換体保持容器の内部に載置される。

特開２０１０−２７１０３１号公報

熱交換器では、物性の異なる熱媒体がそれぞれ流通するため、それら熱媒体を互いに隔離する必要がある。そのため、熱媒体がケースと熱交換機能を果たすセラミック体とを流通することを前提として、熱媒体の通路構成の密閉性を考慮する必要がある。

上記課題を解決するための熱交換器は、筒状のケースと、該ケースに収納された柱状のセラミック体と、前記ケースと前記セラミック体との間を封止する封止部材とを備えた熱交換器であって、前記ケースは、軸方向の両端にそれぞれ形成されていて該ケースの内外を貫通する一対の第１開口部を有するとともに、周面にそれぞれ形成されていて該ケースの内外を貫通する一対の第２開口部を有し、前記セラミック体は、第１熱媒体が流通する第１流路と第２熱媒体が流通する第２流路とを有し、前記第１流路は、一対の前記第１開口部の間を連通し、前記第２流路は、一対の前記第２開口部の間を連通し、前記封止部材は、環状の金属材料によって構成され、前記第１流路の各流路端部を囲むように前記第１開口部と前記セラミック体の端部との間に配置していることを要旨とする。

セラミック体を流通する第１熱媒体は、第１開口部を介して第１流路に流入出し、また、セラミック体を流通する第２熱媒体も、第２開口部を介して第２流路に流入出する。封止部材は、第１熱媒体が一方の第１開口部から第１流路へ流入することなくケースとセラミック体との間に進入する事態の発生、また、第１流路から他方の第１開口部へ流出することなくケースとセラミック体との間に進入する事態の発生をそれぞれ抑制する。したがって、上記構成によれば、第１開口部及び第１流路の密閉性と、第２開口部及び第２流路の密閉性とを好適に確保することができる。

上記熱交換器について、前記封止部材は、前記第１開口部に対して圧接されている第１環状部と、前記セラミック体の端部に対して圧接されている第２環状部と、前記第１環状部の端部と前記第２環状部の端部とを接続する接続部とを有することが好ましい。この構成によれば、ケースの第１開口部とセラミック体の端部との間に熱膨張による離間長さに変化が生じたとしても、その変化に追従して第１環状部と第２環状部とが変位する。したがって、封止部材の封止機能の向上に貢献する。

上記熱交換器について、前記セラミック体の端部は、環状の凹溝を有し、前記封止部材は、前記凹溝に係合していることが好ましい。この構成によれば、封止部材が凹溝との間で係合関係を構築することから封止部材の位置ずれを抑制することができる。

上記熱交換器について、前記セラミック体は、該セラミック体の周壁の各端部に、全周に亘り外方向に突出したリブを有していて、前記リブの軸方向外面と、この面に対向する前記ケースの第１開口部の開口内面との間に前記封止部材が配置されていることが好ましい。封止部材をケースとセラミック体との間に配置するにあたって、セラミック体の周壁を相応の厚さに形成し、その周壁の軸方向外面と、この面に対向するケースの第１開口部の開口内面との間に封止部材を配置することが考えられる。しかし、この構成では、セラミック体の周壁が相応の厚さに形成されることとなるため、それに伴って熱交換器の重量増やコスト増といった不具合を伴う面もある。上記構成では、封止部材は、リブの軸方向外面に対して配置される。したがって、セラミック体の周壁全体を壁厚に構成する場合に比べ、熱交換器の軽量化や低コスト化の面で有利である。

上記熱交換器について、前記リブの軸方向外面は、前記軸方向において前記セラミック体の端部の端面と同じ位置にあるか、前記セラミック体の端部の端面よりも前記軸方向において外方に位置することが好ましい。この構成によれば、セラミック体の端部が軸方向においてリブの軸方向外面よりも外方に突出することはない。そのため、凹溝の形成対象となるリブの軸方向外面を面加工する際、セラミック体の端部が外方へ突出していることに伴う面加工の煩雑さを解消する。

本発明によれば、熱媒体の流路構成の密閉性をより好適に確保することができる。

熱交換器の斜視図。 ハニカム構造体の斜視図。 ハニカム構造体の第１流路の横端面図。 ハニカム構造体の第２流路の横端面図。 図１の２−２線断面図。 図１の３−３線断面図。 （ａ）、（ｂ）は凹溝と封止部材の拡大図。 別の実施形態のセラミック体の斜視図。 （ａ）、（ｂ）別の実施形態の凹溝と封止部材の拡大図。

熱交換器の一実施形態を説明する。
図１に示すように、熱交換器は、ケース１０を備えている。ケース１０は、円筒状をなすケース本体１１を有し、ケース本体１１の軸方向の中央部に溶接部１６を有している。溶接部１６は、ケース本体１１の周方向に沿って延びている。ケース１０は、ケース本体１１の軸方向の両端部に一対の第１開口部を有する。第１開口部としての第１軸方向開口部１２は、円環状に形成された第１開口壁１２ａを有し、この開口壁１２ａの外周端は、ケース本体１１の軸方向の端縁に接続されている。第１軸方向開口部１２は、ケース本体１１よりも径の小さい円筒状に形成された第１連結管１２ｂを有し、この第１連結管１２ｂの軸方向の端縁は、開口壁１２ａの内周端に接続されている。第１開口部としての第２軸方向開口部１３も第１軸方向開口部１２と同様に第２開口壁１３ａと第２連結管１３ｂとを有している。

図１に示すように、ケース１０は、ケース本体１１の周面に一対の第２開口部を有する。第２開口部としての第１径方向開口部１４は、第１貫通孔１４ａを有し、この貫通孔１４ａは、ケース本体１１の周面のうち、最上部位となる位置であって、ケース本体１１の軸方向において第１軸方向開口部１２側となる位置に形成されている。第１径方向開口部１４は、円筒状に形成された第１連結管１４ｂを有し、第１連結管１４ｂの軸方向の端縁は、第１貫通孔１４ａの内周端に接続されている。第２開口部としての第２径方向開口部１５は、第２貫通孔１５ａを有し、この第２貫通孔１５ａは、ケース本体１１の周面のうち、最下部位となる位置であって、ケース本体１１の軸方向において第２軸方向開口部１３側となる位置に形成されている。第２径方向開口部１５は、円筒状に形成された第２連結管１５ｂを有し、第２連結管１５ｂの軸方向の端縁は、第２貫通孔１５ａの内周端に接続されている。

なお、ケース１０の材質は特に限定されるものではなく、公知の熱交換器に用いられる材料を用いることができる。たとえば、金属、樹脂が挙げられる。その中でも、耐熱性や耐衝撃性に優れた金属を用いることが好ましい。

熱交換器は、ケース１０内に収納されている柱状のセラミック体２０を有している。図２に示すように、セラミック体２０は、ハニカム構造体２１を有している。ハニカム構造体２１は、筒状の周壁２２と、周壁２２の内部を周壁２２の軸方向に延びる複数のセルに区画する断面ハニカム形状の区画壁２３と備えている。

図３及び図４に示すように、区画壁２３により区画されたセルＳは、その両端部が共に開放された第１セルＳ１と、その両端部が共に閉塞された第２セルＳ２との二種類のセルから構成されている。図３に示すように、第１方向（図２の上下方向）に並ぶ各セルＳは全て同種のセルとなっている。また、第１方向に直交する第２方向（図２の紙面手前奥方向）において隣り合う各セルＳは、互いに異なる種類のセルとなっている。

図４に示すように、ハニカム構造体２１において、第１方向に並ぶ第２セルＳ２により構成される部分（第２セルＳ２からなるセル列）のそれぞれには、第１方向に延びるように形成されて、第１方向に隣接する第２セルＳ２同士を連通する第１連通部２４ａ及び第２連通部２４ｂが設けられている。

第１連通部２４ａは、ハニカム構造体２１の第１端部２１ａ側に設けられている。第１連通部２４ａにおける第１方向の一方側（図４の上側）の端部は、周壁２２に開口するとともに、同他方側（図４の下側）の端部は、第１方向において最も他方側に位置する第２セルＳ２にまで達している。

第２連通部２４ｂは、ハニカム構造体２１の第２端部２１ｂ側に設けられている。第２連通部２４ｂにおける第１方向の他方側（図４の下側）の端部は、周壁２２に開口するとともに、同一方側（図４の上側）の端部は、第１方向において最も一方側に位置する第２セルＳ２にまで達している。

したがって、ハニカム構造体２１の内部には、第１セルＳ１により構成され、ハニカム構造体２１の軸方向両端部を流入口又は流出口とする第１流路と、第２セルＳ２により構成され、ハニカム構造体２１の周壁２２に形成された、第１連通部２４ａ及び第２連通部２４ｂの各開口を流入口又は流出口とする第２流路とが形成されている。ハニカム構造体２１の軸方向両端部が第１流路の流路端部となる。こうした構成のハニカム構造体２１は、第１流路を流れる第１熱媒体と第２流路を流れる第２熱媒体との間で、区画壁２３を通じて熱交換を行うことができる。

図２に示すように、セラミック体２０は、ハニカム構造体２１の第１端部２１ａにおいて径方向外方へ突出する環状の第１リブ２５を有するとともに、ハニカム構造体２１の第２端部２１ｂにおいて径方向外方へ突出する環状の第２リブ２６を有する。第１リブ２５は、ハニカム構造体２１の軸方向において、第１リブ２５の軸方向外面２５ａとハニカム構造体２１の第１端部２１ａの端面とが同じ位置となるように配置されている。第２リブ２６も、ハニカム構造体２１の軸方向において、第２リブ２６の軸方向外面２６ａとハニカム構造体２１の第２端部２１ｂの端面とが同じ位置となるように配置されている。

図３に示すように、第１リブ２５は、軸方向外面２５ａにおいてハニカム構造体２１の軸方向に凹んでいて、ハニカム構造体２１の第１端部２１ａの端面の囲む環状の凹溝２５ｂを有している。第２リブ２６は、軸方向外面２６ａにおいてハニカム構造体２１の軸方向に凹んでいて、ハニカム構造体２１の第２端部２１ｂの端面の囲む環状の凹溝２６ｂを有している。

セラミック体２０の材質は特に限定されるものではなく、公知の熱交換器に用いられるセラミック材料を用いることができ、たとえば、酸化物セラミック、窒化物セラミック、炭化物セラミックが挙げられる。酸化物セラミックとしては、たとえば、アルミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライトが挙げられる。窒化物セラミックとしては、たとえば、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。炭化物セラミックとしては、たとえば、炭化珪素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステンが挙げられる。

セラミック体２０は、上記セラミック材料として例示したセラミック粒子を焼結した焼結体に限定されず、上記セラミック材料として例示したセラミック粒子間を他の金属化合物や金属で充填して構成されたものが含まれるものとする。具体的には、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等から選ばれる金属化合物の粒子間に、金属珪素を充填して構成されたものが含まれる。

図５及び図６に示すように、ケース１０の第１軸方向開口部１２とセラミック体２０のハニカム構造体２１の第１端部２１ａとは互いに対向するように配置されている。この配置では、第１軸方向開口部１２の第１連結管１２ｂの端面は、ハニカム構造体２１の第１端部２１ａにおける周壁２２の端面に対向する。ケース１０の第２軸方向開口部１３とセラミック体２０のハニカム構造体２１の第２端部２１ｂとは互いに対向するように配置されている。この配置では、第２軸方向開口部１３の第２連結管１３ｂの端面は、ハニカム構造体２１の第２端部２１ｂにおける周壁２２の端面に対向する。

図５及び図６に示すように、熱交換器は、封止部材として第１封止部材３０と第２封止部材４０を備えている。第１封止部材３０は、ケース１０の第１軸方向開口部１２とセラミック体２０の第１リブ２５との間に配置されている。第１封止部材３０は、環状の金属材料によって構成されている。第１封止部材３０は、断面Ｓ字状に構成されている。第１封止部材３０は、第１環状部３１と第２環状部３２とを有し、それら第１環状部３１の外周側端部と第２環状部３２の内周側端部とを接続する接続部３３を有する。

図７（ａ）に示すように、第１環状部３１は、第１軸方向開口部１２の第１開口壁１２ａにおける開口内面に線接触して圧接している。第２環状部３２は、第１リブ２５の凹溝２５ｂの底面に線接触して圧接している。図７（ｂ）に示すように、第１封止部材３０は、ケース１０とセラミック体２０との間に配置される前の状態では、第１環状部３１の内周側端部と第２環状部３２の外周側端部との間の距離、すなわち、第１封止部材３０の厚さが所定の長さＬ１に設定されている。この長さＬ１は、第１開口壁１２ａにおける開口内面と凹溝２５ｂにおける底面との間の離間長さＬ２よりも長く設定されている。

図５及び図６に示すように、第２封止部材４０は、ケース１０の第２軸方向開口部１３とセラミック体２０の第２リブ２６との間に配置されている。第２封止部材４０は、環状の金属材料によって構成されている。第２封止部材４０は、断面Ｓ字状に構成されている。第２封止部材４０は、第１環状部４１と第２環状部４２とを有し、それら第１環状部４１の外周側端部と第２環状部４２の内周側端部とを接続する接続部４３を有する。第２封止部材４０の厚さである長さＬ１とケース１０とセラミック体２０の離間長さＬ２との寸法関係は、第１封止部材３０の場合と同じである。したがって、第１環状部４１は、第２軸方向開口部１３の第２開口壁１３ａにおける開口内面に線接触して圧接し、第２環状部４２は、第２リブ２６の凹溝２６ｂの底面に線接触して圧接している。

第１封止部材３０及び第２封止部材４０の材質は特に限定されるものではなく、封止部材として用いられる公知の金属材料を用いることができる。その中でも、耐熱性、耐腐食性に優れたステンレスを用いることが好ましい。

図５及び図６に示すように、ケース１０の第１径方向開口部１４とセラミック体２０のハニカム構造体２１における第１連通部２４ａの開口とは互いに対向するように配置されている。この配置では、第１径方向開口部１４の第１連結管１４ｂは、ハニカム構造体２１の第１連通部２４ａの開口を指向している。ケース１０の第２径方向開口部１５とセラミック体２０のハニカム構造体２１における第２連通部２４ｂの開口とは互いに対向するように配置されている。この配置では、第２径方向開口部１５の第２連結管１５ｂは、ハニカム構造体２１の第２連通部２４ｂの開口を指向している。

図５及び図６に示すように、ケース１０とセラミック体２０との間には、保持材５０が配置されている。保持材５０は、ケース本体１１の内面とハニカム構造体２１の周壁２２との間に配置され、周壁２２の周方向全体を覆うように環状に形成されている。保持材５０は、ハニカム構造体２１の軸方向において、ケース本体１１の内面とハニカム構造体２１の周壁２２との間の空隙を２つに区画し、区画された一方の第１空隙Ｒ１に第１連通部２４ａの開口が位置し、区画された他方の第２空隙Ｒ２に第２連通部２４ｂの開口が位置している。保持材５０の材質は、特に限定されるものではないが、たとえば、無機繊維マットや、金属メッシュを用いることができる。

本実施形態の熱交換器の各部材の組付方法について説明する。
ケース１０は、ケース本体１１の溶接部１６を境界として、第１軸方向開口部１２側の第１部材１０Ａと第２軸方向開口部１３側の第２部材１０Ｂとの２部材から構成されている。セラミック体２０のハニカム構造体２１の周壁２２に保持材５０を巻き付けて固定する。次に、セラミック体２０の第１リブ２５の凹溝２５ｂに第１封止部材３０の第２環状部３２を嵌め入れ、その状態でケース１０の第１部材１０Ａに挿入する。このとき、第１封止部材３０の第１環状部３１は、第１軸方向開口部１２の第１開口壁１２ａにおける開口内面に当接する。次に、セラミック体２０の第２リブ２６の凹溝２６ｂに第２封止部材４０の第２環状部３２を嵌め入れ、その状態でケース１０の第２部材１０Ｂに挿入する。このとき、第２封止部材４０の第１環状部４１は、第２軸方向開口部１３の第２開口壁１３ａにおける開口内面に当接する。ケース１０の第１部材１０Ａと第２部材１０Ｂとは互いに所定間隔をおいて離間しているため、それら第１部材１０Ａと第２部材１０Ｂとの端縁同士が接触するように配置させ、その接触した端縁同士を溶接する。

本実施形態の熱交換器の使用形態について説明する。
熱交換器は、熱媒体の流通経路上に配設される。ケース１０の第１連結管１２ｂ、第２連結管１３ｂ、第１連結管１４ｂ、第２連結管１５ｂにはそれぞれ熱媒体の流路経路をなす配管が連結される。図５に示すように、第２連結管１３ｂに流入した第１熱媒体は、第２開口壁１３ａを介してハニカム構造体２１の第２端部２１ｂの端面に到る。そして、ハニカム構造体２１の第１セルＳ１に流入し、第１セルＳ１に沿って流動して、第１端部２１ａの端面に到る。ハニカム構造体２１を通過した第１熱媒体は、第１開口壁１２ａを介して第１連結管１２ｂに流出する。

図６に示すように、第１連結管１４ｂに流入した第２熱媒体は、ケース本体１１の貫通孔１４ａを介して、ケース本体１１の内面とハニカム構造体２１の周壁２２との間の第１空隙Ｒ１に到る。この第１空隙Ｒ１に到った第２熱媒体は、ハニカム構造体２１の内部流路か外部流路に流入する。第２熱媒体は、ハニカム構造体２１の周壁２２に形成された開口から第１連通部２４ａに流入し、第２セルＳ２に沿って流動し、第２連通部２４ｂに到る。第２連通部２４ｂは、ハニカム構造体２１の周壁２２に開口していて、この開口を介して第２熱媒体は、第２空隙Ｒ２に流入する。一方、第１空隙Ｒ１に到った第２熱媒体は、ケース本体１１の内面とハニカム構造体２１の周壁２２との間に位置する保持材５０を通り抜けて第２空隙Ｒ２に流入する。第２空隙Ｒ２に流入した第２熱媒体は、ケース本体１１の貫通孔１５ａを介して第２連結管１５ｂに流出する。

このように、ケース１０の内部に流入した第１熱媒体と第２熱媒体とは、ケース１０に収納されたセラミック体２０を流通する。第１熱媒体と第２熱媒体とは、互いに熱的な物性が異なっている。したがって、それら熱媒体が熱交換器を流通することによって、一方から他方へ熱が伝達される。

本実施形態の熱交換器の作用効果を説明する。
（１）第１封止部材は、ハニカム構造体の第１端部の端面を囲むように第１軸方向開口部とセラミック体との間に配置している。また、第２封止部材は、ハニカム構造体の第２端部の端面を囲むように第２軸方向開口部とセラミック体との間に配置している。したがって、セラミック体を流通する第１熱媒体は、第１軸方向開口部及び第２軸方向開口部を介して第１流路に流入出する。したがって、第１熱媒体が第２軸方向開口部からハニカム構造体の第１セルＳ１へ流入することなくケースとセラミック体との間に進入する事態の発生、また、第１セルＳ１から第１軸方向開口部へ流出することなくケースとセラミック体との間に進入する事態の発生をそれぞれ抑制する。したがって、第１軸方向開口部及び第１流路の密閉性と、第２軸方向開口部及び第１流路の密閉性とを好適に確保することができる。

（２）熱交換器を流通する熱媒体の温度によっては、熱交換器が熱膨張することがある。その場合、ケースの熱膨張とセラミック体の熱膨張とで差が生じ、その熱膨張の差に起因して、ケースとセラミック体との離間長さに変化が大きくなることもある。本実施形態の第１封止部材は、第１開口壁の開口内面と第１リブの凹溝とに圧接し、第２封止部材は、第２開口壁の開口内面と第２リブの凹溝とに圧接している。つまり、熱交換器に生じ得る熱膨張に基いて、ケースとセラミック体との熱膨張差を求め、その熱膨張差を吸収することができるように封止部材の厚さである長さＬ１が設定されている。したがって、ケースとセラミック体との間で熱膨張差に起因して離間長さが変化したとしても、その変化に追従して第１環状部と第２環状部とが変位する。したがって、封止部材の封止機能が向上する。

（３）セラミック体の第１リブにおける軸方向外面に凹溝を有し、第１封止部材の第２環状部が凹溝に圧接している。また、第２リブにおける軸方向外面に凹溝を有し、第２封止部材の第２環状部が凹溝に圧接している。したがって、封止部材の第２環状部と凹溝とは係合関係を構築することから封止部材の位置ずれを抑制することができる。

（４）封止部材の第２環状部が圧接する凹溝は、セラミック体のリブに形成されている。たとえば、凹溝をハニカム構造体の周壁の端面に形成することも考えられる。ただ、この場合は、周壁の厚さを凹溝の形成を考慮して相応に厚くする必要がある。したがって、リブに凹溝を形成する本実施形態の構成は、ハニカム構造体の周壁全体を壁厚に構成する場合に比べ、熱交換器の軽量化や低コスト化の面で有利である。

（５）第１径方向開口部の第１連結管の流路断面積とハニカム構造体の第１連通部の開口における流路断面積とで差が生じることもある。本実施形態では、ケース本体の内面とハニカム構造体の周壁との間に第１空隙が形成されている。したがって、その流路断面積の差を好適に吸収することができる。この第１空隙の作用効果は、第２空隙の構成も同様に奏する。

（６）ハニカム構造体の周壁には保持材が周壁の周方向全体を覆うように環状に形成されている。この保持材の密度の設定によって、保持材を通り抜ける第２熱媒体の流量を設定することができる。

（７）第１リブは、ハニカム構造体の軸方向において、第１リブの軸方向外面とハニカム構造体の第１端部の端面とが同じ位置となるように配置されている。第２リブも、ハニカム構造体の軸方向において、第２リブの軸方向外面とハニカム構造体の第２端部の端面とが同じ位置となるように配置されている。したがって、リブの軸方向外面を面加工する際に、ハニカム構造体の端部が軸方向に突出していることに伴う面加工の煩雑さを解消することができる。

本実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。また、上記実施形態の構成や以下の変更例に示す構成を適宜組み合わせて実施することも可能である。
・セラミック体に形成される第１流路及び第２流路は、ハニカム構造体を対象として形成されなくてもよい。たとえば、図８に示すように、複数の貫通孔２７Ａが形成された一対のセラミック板２７の間に、複数のセラミック管２８を連結し、セラミック板２７の貫通孔２７Ａとセラミック管２８とを連通させた構成としてもよい。この場合、セラミック管２８の内部が第１流路となり、セラミック管２８同士の隙間が第２流路となる。

・ハニカム構造体の周壁に配置されている保持材は、周壁の周方向全体を覆うように環状に形成されているものに限らない。セラミック体の周壁に形成されている第１連通部２４ａの開口と第２連通部２４ｂの開口を覆うことがなければ、セラミック体の軸方向及び周方向において大きさを変更することは可能である。また、保持材の厚さの設定も任意に変更可能である。たとえば、第１リブ及び第２リブの高さと同じとなるように設定することも可能であるし、それらリブの高さよりも厚くするように設定することも可能である。

・ハニカム構造体の形状は円柱状に限定されない。たとえば、角柱状に形成することも可能である。こうしたセラミック体の形状変更に合わせて、ケースの形状の変更も可能である。

・ケースは、ケース本体の溶接部を境界として２つの部材から構成していたが、ケースを構成する部材の数は、２つに限定されない。３つ以上であってもよい。また、ケースを複数の部材に分割する位置は、ケース本体の中央部に限定されない。たとえば、ケース本体と第１開口壁との境界の位置でケースが分割されるように構成してもよい。

・第１軸方向開口部の構成は、とくに限定されない。たとえば、第１開口壁及び第１連結管の構成に代えて、ケース本体の端部に、該端部から離間するほど小径となるテーパ壁によって構成するようにしてもよい。また、第１連結管の構成について、第１開口壁から離間するほど小径となるテーパ管によって構成することも可能である。なお、第２軸方向開口部の構成も同様にとくに限定されない。

・第１径方向開口部及び第２径方向開口部のケース本体の周面に対する位置は、とくに限定されない。たとえば、第１径方向開口部を第２軸方向開口部側に配置し、第２径方向開口部を第１軸方向開口部側に配置するようにしてもよい。また、ケースの軸方向からみて、ケース本体の中心軸を水平方向において挟むように第１径方向開口部及び第２径方向開口部を配置してもよい。

・封止部材の断面形状はとくに限定されない。たとえば、図９に示すように、断面Ｃ字状を採用してもよい。この場合、外周側が開放された一対の自由端として配置される第１環状部３１と第２環状部３２とを有し、それら第１環状部３１と第２環状部３２の内周側端部を接続する接続部３３を有する。図９（ａ）に示すように、第１環状部３１は、第１軸方向開口部１２の第１開口壁１２ａにおける開口内面に線接触して圧接している。第２環状部３２は、第１リブ２５の凹溝２５ｂの底面に線接触して圧接している。図９（ｂ）に示すように、第１封止部材３０は、ケース１０とセラミック体２０との間に配置される前の状態では、第１環状部３１と第２環状部３２との外周側端部の間の距離、すなわち、第１封止部材３０の厚さが所定の長さＬ１に設定されている。この長さＬ１は、第１開口壁１２ａにおける開口内面と凹溝２５ｂにおける底面との間の離間長さＬ２よりも長く設定されている。ケースとセラミック体との間で熱膨張差に起因して離間長さが変化したとしても、その変化に追従して第１環状部３１と第２環状部３２が変位することにより、封止部材の厚さがケースとセラミック体の離間長さの変化に追従する。また、断面Ｕ字状や断面Ｖ字状に形成された封止部材を採用することも可能である。こうした断面形状に合わせて第１環状部及び第２環状部の断面形状を変更したり、接続部を省略したりすることとなる。封止部材の断面形状によっては、ケース及びセラミック体に対して面接触することとなる場合もある。また、封止部材の第１環状部及び第２環状部の自由端が内周側を向くように配置することも可能である。

・セラミック体における凹溝の配置は、リブの軸方向外面に限定されない。たとえば、ハニカム構造体の周壁について、所定の厚さを有するように形成し、その周壁の端面に凹溝を形成するようにして封止部材が配置されるようにしてもよい。また、セラミック体から凹溝を省略することも可能である。この場合、封止部材は、リブの軸方向外面や周壁の端面に圧接することとなる。

・封止部材が係合する対象となる構成は、凹溝に限定されない。セラミック体の端部に環状に延びる凸条を形成し、この凸条の内周面又は外周面に環状の封止部材を配置すれば、その凸条によって封止部材の位置ずれを抑制することができる。

・セラミック体は、第１リブ及び第２リブを省略することが可能である。この場合、第１リブ及び第２リブの高さ分だけケース本体の径が短くなり、それだけ熱交換器が小型になる。

・ハニカム構造体の端部の端面を、軸方向において、リブの軸方向外面よりも外方に位置する構成を採用することも可能である。この場合、ハニカム構造体の端部の周壁は、封止部材の位置ずれを抑制するように貢献する。

・熱交換器の使用形態において、熱媒体の流通方向を変更することは可能である。第１熱媒体について、第１軸方向開口部から第２軸方向開口部へ流動するようにしてもよいし、第２熱媒体について、第２径方向開口部から第１径方向開口部へ流動するようにしてもよい。

１０…ケース、１２、１３…第１開口部、１４、１５…第２開口部、２０…セラミック体、２５、２６…リブ、２５ｂ、２６ｂ…凹溝、３０、４０…封止部材

Claims (5)

1. 筒状のケースと、該ケースに収納された柱状のセラミック体と、前記ケースと前記セラミック体との間を封止する封止部材とを備えた熱交換器であって、
   前記ケースは、軸方向の両端にそれぞれ形成されていて該ケースの内外を貫通する一対の第１開口部を有するとともに、周面にそれぞれ形成されていて該ケースの内外を貫通する一対の第２開口部を有し、
   前記セラミック体は、第１熱媒体が流通する第１流路と第２熱媒体が流通する第２流路とを有し、前記第１流路は、一対の前記第１開口部の間を連通し、前記第２流路は、一対の前記第２開口部の間を連通し、
   前記封止部材は、環状の金属材料によって構成され、前記第１流路の各流路端部を囲むように前記第１開口部と前記セラミック体の端部との間に配置していることを特徴とする熱交換器。
2. 前記封止部材は、前記第１開口部に対して圧接されている第１環状部と、前記セラミック体の端部に対して圧接されている第２環状部と、前記第１環状部の端部と前記第２環状部の端部とを接続する接続部とを有する請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記セラミック体の端部は、環状の凹溝を有し、前記封止部材は、前記凹溝に係合している請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記セラミック体は、該セラミック体の周壁の各端部に、全周に亘り外方向に突出したリブを有していて、前記リブの軸方向外面と、この面に対向する前記ケースの第１開口部の開口内面との間に前記封止部材が配置されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記リブの軸方向外面は、前記軸方向において前記セラミック体の端部の端面と同じ位置にあるか、前記セラミック体の端部の端面よりも前記軸方向において外方に位置する請求項４に記載の熱交換器。

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