JP5838035B2

JP5838035B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP5838035B2
Application number: JP2011077034A
Authority: JP
Inventors: 博治小林; 竜生川口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2031-03-31
Also published as: JP2012211720A

Description

本発明は、第一の流体（加熱流体）の熱を第二の流体（被加熱流体）へと伝達する熱交換器に関する。

各種工業炉やエンジン等の燃焼機関から排出される排ガス等の高温気体からの熱回収は、省エネルギーの観点から広く行われているところであり、廃熱回収技術の向上のため、様々な熱交換体、熱交換器等が開発されている。

例えば特許文献１には、セラミックス製の主体の一方の端面から他方の端面にわたり加熱流体流路を配設するとともに、加熱流体流路間に、その軸方向と直交する方向に被加熱流体流路を形成したセラミックス製熱交換体が開示されている。

また、特許文献２には、内部に加熱流体流路と被加熱流体流路とが形成されたセラミックス製の熱交換体の複数個を、互いの接合面間に未焼成セラミックス質からなる紐状シール材を介在させてケーシング内に配設したセラミックス製熱交換器が開示されている。

更に特許文献３には、ハニカム構造体の中央部に、その軸方向と平行な方向に熱交換部材である管状体が挿通固定された、高熱伝導性セラミックスから成るハニカム熱交換器が開示されている。

以上のように、従来の熱交換体や熱交換器においては、いずれも熱収集部材としての加熱流体流路と、熱交換部材としての被加熱流体流路とが一体的に形成されている。そのため、熱交換器全体のサイズが大きくなることが避けられず、例えば自動車などの限られたスペースに搭載する際に、レイアウト上の制約があった。また、従来の熱交換体や熱交換器は、加熱流体流路と被加熱流体流路とが近接した構造になっているため、故障の際に、高温流体と低温流体が混ざり合ってしまうというリスクがあったほか、部材交換による部分的な修理が不可能であるというコスト上の問題もあった。更に、従来の熱交換体や熱交換器においては、その構造上、熱収集および熱交換が同時一体的に行われるため、流入する加熱流体の持つ熱エネルギー量に応じた量の熱交換しか行うことができなかった。

特開昭６１−２４９９７号公報特公昭６３−６０３１９号公報特開昭６１−８３８９７号公報

本発明の課題は、従来の熱交換器と比べて、載置場所に応じたより自由なレイアウトを実現し、故障時における簡易且つ低コストの修理や、収集した熱の分散交換等を可能とした熱交換器を提供することにある。

本発明の発明者は、鋭意検討した結果、熱収集部材にて収集された熱を熱交換部材へと伝導可能な熱輸送部材が、熱収集部材と熱交換部材とをつなぐよう配置された熱交換器によって、上記課題を解決し得ることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の熱交換器が提供される。

［１］内部を流通する第一の流体から熱を収集するためのセラミック材料からなる熱収集部材と、前記熱収集部材にて収集された熱を、内部を流通する第二の流体へと伝達するための少なくとも一つの熱交換部材と、前記熱収集部材の外周面の一部と、前記熱交換部材の外周面の少なくとも一部とに接合するよう配置され、前記熱収集部材にて収集された熱を前記熱交換部材へと伝導可能な熱伝導材料からなる少なくとも一つの熱輸送部材と、を備え、前記熱収集部材が、隔壁によって前記第一の流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルの区画形成されたハニカム部材であり、前記熱交換部材が、前記第二の流体の流路を形成する筒状部材であり、前記熱輸送部材の形状が板状である熱交換器。

［２］前記熱収集部材、前記熱輸送部材、および前記熱交換部材の外表面のうち、前記第一の流体および前記第二の流体の流通する部分を除く範囲が断熱材で覆われている前記［１］に記載の熱交換器。

［３］前記セラミック材料が炭化珪素を５０％以上含有する前記［１］または［２］に記載の熱交換器。

［４］前記熱輸送部材が前記熱収集部材に複数接合された前記［１］〜［３］のいずれかに記載の熱交換器。

［５］前記熱交換部材を複数備え、複数の前記熱輸送部材のそれぞれが異なる前記熱交換部材に接合された前記［４］に記載の熱交換器。

［６］前記熱交換部材を１つ備え、複数の前記熱輸送部材のすべてが１つの前記熱交換部材に接合された前記［４］に記載の熱交換器。

［７］前記熱交換部材が前記熱収集部材の外周を取り囲むよう配置された前記［６］に記載の熱交換器。

［８］複数の前記熱輸送部材に、サイズ、形状、および熱伝導率のうち少なくとも１つが異なるものが含まれ、複数の前記熱輸送部材が、熱伝達条件の異なる複数の熱伝達経路として存在する前記［４］〜［７］のいずれかに記載の熱交換器。

［９］前記熱輸送部材を形成する前記熱伝導材料が金属材料である前記［１］〜［８］のいずれかに記載の熱交換器。

［１０］前記熱交換部材が、接合する前記熱輸送部材と同一の材料からなる前記［１］〜［９］のいずれかに記載の熱交換器。

［１１］前記熱輸送部材と、前記熱輸送部材に接合する前記熱交換部材とが一体的に形成された前記［１０］に記載の熱交換器。

［１２］前記熱輸送部材が略均一の厚みを有する薄板状の部材であり、前記熱収集部材の流路方向長さと略同一の長さを有する第一の端部が、前記熱収集部材の外周面の一方の端面から他方の端面に渡って流路方向に平行に接合され、且つ、前記熱交換部材の流路方向長さと略同一の長さを有する前記第一の端部と反対側に位置する第二の端部が、前記熱交換部材の外周面の一方の端面から他方の端面に渡って流路方向に平行に接合された前記［１］〜［１１］のいずれかに記載の熱交換器。

［１３］前記熱収集部材の流路方向長さと前記熱交換部材の流路方向長さとが略同一である前記［１］〜［１２］のいずれかに記載の熱交換器。

［１４］前記熱輸送部材の表面に熱電素子が設けられている前記［１］〜［１３］のいずれかに記載の熱交換器。

［１５］前記熱輸送部材の一部が熱電素子である前記［１］〜［１３］のいずれかに記載の熱交換器。

本発明の熱交換器は、載置場所に応じて所望の形状に構成することができ、限られたスペースにおけるレイアウトの上での制約を解消することが可能である。また、故障の際にも、高温流体と低温流体とが混ざり合うリスクが無く、また、故障部材の交換による簡易且つ低コストの修理が可能となる。更に、収集した熱を、用途に応じて複数の熱交換部材に振り分けて交換することが可能となる。

本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。本発明の熱交換器の別の実施形態を示す模式図である。複数の熱輸送部材および複数の熱交換部材を備える本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。複数の熱輸送部材および１つの熱交換部材を備える本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。複数の熱輸送部材および１つの熱交換部材を備える熱交換器の実施形態を示す模式図である。複数の熱輸送部材および複数の熱交換部材を備える本発明の熱交換器の別の実施形態を示す模式図である。熱収集部材および熱交換部材の流路方向長さの異なる本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。屈曲部を有する熱輸送部材を備える本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。熱収集部材および熱交換部材の流路方向長さの異なる本発明の熱交換器の別の実施形態を示す模式図である。熱収集部材および熱交換部材の流路方向長さの異なる本発明の熱交換器の更に別の実施形態を示す模式図である。切り欠き部を有する熱輸送部材を備える本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。熱輸送部材に熱電素子が設けられている本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。スターリングエンジンの模式図である。スターリングエンジンのヒーターに装着されている本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。スターリングエンジンのクーラーに装着されている本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。スターリングエンジンの再生器に装着されている本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。熱輸送部材の一部が熱電素子となる本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

図１は、本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図であり、図２は本発明の熱交換器の別の実施形態を示す模式図である。図１および図２に示すように、本発明の熱交換器１０は、内部を流通する第一の流体（加熱流体）から熱を収集するための熱収集部材１と、熱収集部材１にて収集された熱を、内部を流通する第二の流体（被加熱流体）へと伝達するための熱交換部材２と、熱収集部材１の外周面の一部と、熱交換部材２の外周面の少なくとも一部とに接合するよう配置され、熱収集部材１にて収集された熱を熱交換部材２へと伝導可能な熱輸送部材３と、を備える。熱輸送部材３は、熱収集部材１および熱交換部材２の外周面の少なくとも一部に接合していればよく、例えば図１および図２に示すように、熱輸送部材３の他部材との接合部の大きさは任意に選択することができる。また、本発明の熱交換器１０においては、熱収集部材１はセラミック材料からなり、熱輸送部材３は熱伝導材料からなる。

また、本発明の熱交換器１０は、互いに接合された熱収集部材１、熱輸送部材３、および熱交換部材２の外表面のうち、第一の流体および第二の流体の流通する部分を除く範囲が断熱材で覆われていることが望ましい。ここで第一の流体の流通する部分とは、熱収集部材１における一方の端面１１ａおよび他方の端面１１ｂを指し、これらの端面はそれぞれ、第一の流体の流入孔側端面および流出孔側端面のいずれかとなる。また、第二の流体の流通する部分とは、熱交換部材２における一方の端面１２ａおよび他方の端面１２ｂを指し、これらの端面はそれぞれ、第二の流体の流入孔側端面および流出孔側端面のいずれかとなる。断熱材の材料としては、グラスウールなどの繊維系断熱材、硬質ウレタンなどの発泡系断熱材、真空断熱材等が挙げられる。これらの材料の中でも、耐久性の点からは、グラスウールが好ましい。なお、作図の便宜上、本明細書におけるすべての図面において断熱材の記載を省略した。

本発明の熱交換器１０に用いられる熱収集部材１は、隔壁５によって第一の流体の流路となる一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂまで延びる複数のセル６の区画形成されたハニカム部材である。熱収集部材１をこのようなハニカム構造とすることによって、内部を流通する第一の流体と熱収集部材１内表面との接触面積を多くとることが可能となり、より高い熱収集能力を有する熱交換器１０を得ることができる。

本発明の熱交換器１０に用いられる熱収集部材１はセラミック材料からなるが、ここでセラミック材料としては、一定以上の熱伝導率を有する限り特に限定されず、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等が挙げられる。中でも、耐熱・耐食性に優れた炭化珪素が特に好ましい。

図３、４、６は、複数の熱輸送部材を備える本発明の熱交換器の各実施形態を示す模式図である。図３、４、６に示すように、本発明の熱交換器１０においては、１つの熱収集部材１に対して複数の熱輸送部材３が接合されていてもよい。この時、複数の熱輸送部材３は、図３に示すように、それぞれが異なる熱交換部材２（２ａ，２ｂ）に接合されていてもよく、図４に示すように、すべてが１つの熱交換部材２に接合されていてもよい。また、図６に示すように、これらを組み合わせた構造となっていてもよい。

複数の熱輸送部材３のそれぞれが異なる熱交換部材２に接合されている場合には、例えば図３に示すように、熱収集部材１にて収集した熱を、複数の熱交換部材２（２ａ，２ｂ）に分散させて熱交換を行うことが可能となる。

また、複数の熱輸送部材３のすべてが、１つの熱交換部材２に接合されている場合には、例えば図４に示すように、熱収集部材１と熱交換部材２とが離れて配置されていてもよく、図５に示すように、熱交換部材２が熱輸送部材３を介して熱収集部材１の外周を取り囲むよう配置されていてもよい。これらの実施形態およびそれに類する実施形態においては、熱輸送部材３の数以外の他の条件が同一であれば、１つの熱交換部材２に対して１つの熱輸送部材３しか備えない場合よりも、熱収集部材１から熱交換部材２への熱伝達効率を高くすることができる。

更に、本発明の熱交換器１０においては、複数の熱輸送部材３には、サイズ、形状、および熱伝導率のうち少なくとも１つが異なるものが含まれていてもよい。特に、図３に示すような、複数の熱輸送部材３（３ａ，３ｂ）のそれぞれが異なる熱交換部材２（２ａ，２ｂ）に接合されている場合には、例えば、熱輸送部材３ａと熱輸送部材３ｂのサイズ、形状、および熱伝導率を任意に選択することによって、熱収集部材１にて収集した熱を所望の比率で熱交換部材２ａと熱交換部材２ｂとに割り振って熱交換を行うことが可能となる。

本発明の熱交換器１０に用いられる熱交換部材２は、第二の流体の流路を形成する筒状部材である。このような構造とすることによって、熱収集部材１にて収集した熱を、効率良く第二の流体へと伝達することができる。筒状部材のサイズや詳細な形状等は、流路としての機能を果たす限り特に限定されるものではなく、流通する流体の性質に応じて、任意に選択することができ、例えば、円筒状、楕円筒状、チューブ状等のものが挙げられる。

本発明の熱交換器１０に用いられる熱輸送部材３は熱伝導材料からなるが、ここで熱伝導材料とは、熱伝導率の高いもの、即ち、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上のものである限り特に限定されることはなく、例えば、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素等の高熱伝導率セラミック材料や、銅、銀、金、アルミニウム、珪素、鉄等の金属材料が挙げられる。中でも、より高い熱伝導率を有することから金属材料であることが好ましい。

本発明の熱交換器１０においては、熱交換部材２が、接合する熱輸送部材３と同一の材料から形成されていてもよい。その場合、熱交換部材２と熱輸送部材３とが異なる材料から形成されている場合と同様に、熱交換部材２と熱輸送部材３とを別々に準備した後に互いに接合させてもよい。その際の接合方法としては、ロウ付けによる接合が好ましい。なお、熱収集部材１と熱輸送部材３とを互いに接合させる場合にも、同様に、ロウ付けによる接合方法を採用することが好ましい。

一方、熱交換部材２と接合する熱輸送部材３とが同一の材料から形成されている場合には、熱交換部材２と熱輸送部材３とを予め一体的に形成しておいてもよい。これらの部材を予め一体形成することによって、熱交換器１０の製造に要する工程数を少なくすることが可能である。

図７〜１１は、異なる形状の熱輸送部材３を備える本発明の熱交換器の各実施形態を示す模式図である。これらの実施形態に示すとおり、本発明の熱交換器１０においては、熱収集部材１から熱交換部材２への熱伝達機能が維持される限り、熱輸送部材３の形状は特に限定されるものではない。但し、熱交換率および製造工程の観点から、例えば図１，３，７，９，１０に示すとおり、熱輸送部材３が略均一の厚みを有する薄板状の部材であり、熱収集部材１の流路方向長さと略同一の長さを有する第一の端部が、熱収集部材１の外周面の一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂに渡って流路方向に平行に接合され、且つ、熱交換部材２の流路方向長さと略同一の長さを有する第一の端部と反対側に位置する第二の端部が、熱交換部材２の外周面の一方の端面１２ａから他方の端面１２ｂに渡って流路方向に平行に接合されていることが好ましい。薄板状の熱輸送部材３の厚さは、熱収集部材１から熱交換部材２へと伝達する熱量に応じて定めるとよい。熱収集部材１から熱交換部材２へと熱を伝達する際の熱抵抗を低減するには、薄板状の熱輸送部材３を厚くするとよい。熱輸送部材３をこのような部材とすることによって、熱収集部材１にて収集した熱を、素早く熱交換部材２へと伝達させることが可能となる。また、熱輸送部材３を、熱収集部材１の一方の端面１１ａから他方の端面１１ｂに渡って流路方向に平行に接合することにより、熱収集部材１の内部を流通する第一の流体から無駄なく熱を収集することができる。同様に、熱輸送部材３を、熱交換部材２の一方の端面１２ａから他方の端面１２ｂに渡って流路方向に平行に接合することにより、熱交換部材２の内部を流通する第二の流体へと無駄なく熱を伝達することができる。よって、上記の構造を採用することによって、熱交換器１０の製造が簡易なものとなるととともに、熱交換率を高めることが可能となる。

更にこのとき、図１および図３に示すように、熱収集部材１の流路方向長さと熱交換部材２の流路方向長さとが略同一であることがより好ましい。このような構造とすることによって、熱収集部材１にて収集した熱を、素早く且つ均一に熱交換部材２へと伝達させることが可能となり、熱交換率および製造工程の観点から最も好ましい熱交換器１０となる。また、このような構造とすることにより、熱収集部材１から熱交換部材２への熱伝達を流路方向に分散させることができるという利点もある。

図１２は、熱輸送部材３に熱電素子２０が設けられている本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。熱電素子２０を熱輸送部材３に設けることにより、熱輸送部材３によって伝達されている熱の一部を電気エネルギーに変換することが可能になる。すなわち、熱収集部材１によって収集された熱の一部を電気エネルギーに変換することが可能になる。

図１７は、熱輸送部材３の一部が熱電素子２０となる本発明の熱交換器の一実施形態を示す模式図である。図示されるように、熱輸送部材３の一部が熱電素子２０であってもよい。図１７に示す熱輸送部材１０では、熱輸送部材３が、熱収集部材１から熱交換部材２に向かう方向に沿って３つの部分に区分されており（熱輸送部材３ｄ〜３ｆ）、そのうちの真ん中にある熱輸送部材３ｅが熱電素子２０になっている。このようにしても、熱収集部材１によって収集された熱の一部を電気エネルギーに変換することが可能になる。

また、本発明の熱交換器は、スターリングエンジンに使用することが可能である。図１３は、２ピストン型のスターリングエンジンの一例を示した模式図である。図示されるように、スターリングエンジン３０では、２個のシリンダ３５ａ，３５ｂが作動ガス流路３６によって連通しており、作動ガスが作動ガス流路３６を介してシリンダ３５ａ内の膨張空間３２とシリンダ３５ｂ内の圧縮空間３４との間を往復する。また、作動ガス流路３６には、膨張空間３２の側から圧縮空間３４の側に向かって、ヒーター３７、再生器３８、クーラー３９が設けられている。そのため、作動ガスが膨張空間３２と圧縮空間３４との間を往復する際には、作動ガスはヒーター３７、再生器３８、およびクーラー３９の内部を通過する。

ヒーター３７は、ヒーター３７内に流入した作動ガスを加熱し、クーラー３９は、クーラー３９内に流入した作動ガスを冷却する。

さらに、再生器３８は、作動ガスが膨張空間３２の側から圧縮空間３４の側に向かって流れてくると、作動ガスから熱を回収して作動ガスを冷却し、この回収した熱を再生器３８の内部に一時蓄えておき、続いて、作動ガスが圧縮空間３４の側から膨張空間３２の側に向かって流れてくると、蓄えておいた熱によって作動ガスを加熱する。

スターリングエンジン３０では、シリンダ３５ａ内に膨張ピストン３１を設け、シリンダ３５ｂ内に圧縮ピストン３３を設けている。また、膨張ピストン３１および圧縮ピストン３３は、クランクシャフト４０に連結し、さらにクランクシャフト４０はフライホイールに連結している。

そして、スターリングエンジン３０では、作動ガスがヒーター３７での加熱によって膨張したり、クーラー３９での冷却によって収縮にしたりすることにより、膨張空間３２および圧縮空間３４が拡張および収縮を繰り返す。その結果、膨張ピストン３１および圧縮ピストン３３が上下に往復運動し、これらのピストンの上下の往復運動がクランクシャフト４０を通じてフライホイール４１の回転運動に変換されていく。

本発明の熱交換器は、スターリングエンジンにおいてヒーター、クーラー、再生器として使用することができる。

図１４は、本発明の一実施形態の熱交換器をヒーターとして使用するスターリングエンジンの作動ガス流路の模式図である。ここでは、熱交換部材２は、一方の端部がシリンダ３５ａに連通し、もう一方の端部が再生器３８に連通している。そして、作動ガスが第二の流体となっている。熱収集部材１の内部に高温の第一の流体を流すと、第一の流体から回収された熱は、熱輸送部材３を経由して熱交換部材２に伝わり、最終的に作動ガス（第二の流体）へと伝えられていく。すなわち、熱交換部材２は、作動ガスを加熱することができる。

図１５は、本発明の一実施形態の熱交換器をクーラーとして使用するスターリングエンジンの作動ガス流路の模式図である。ここでは、熱収集部材１が、一方の端部が再生器３８に連通し、もう一方の端部がシリンダ３５ｂに連通している。そして、作動ガスが第一の流体となっている。さらに、熱交換部材２の内部を流れる流体は、作動ガスよりも温度が低い。そのため、作動ガス（第一の流体）が熱収集部材１の内部に流れてくると、作動ガスの熱を回収し、回収した熱は熱輸送部材３を経由して熱交換部材２の内部を流れる第二の流体へと伝わっていく。その結果、熱収集部材１は、作動ガスを冷却することができる。

図１６は、本発明の一実施形態の熱交換器を再生器として使用するスラーリングエンジンの作動ガス流路の模式図である。ここでは、作動ガスを内部に流す部材（ヒーターおよびクーラーに連通している部材）は、作動ガスをヒーター３７の側からクーラー３９の側へと流す時には熱回収部材１として働き、作動ガスをクーラー３９の側からヒーター３７の側へと流す時には熱交換部材２として働く。この部材に対して熱輸送部材３を挟んで反対側にある部材は蓄熱部材５０として働く。すなわち、再生器３８は、作動ガスをヒーター３７の側からクーラー３９の側へと流す時には、作動ガスから熱を回収し、この回収した熱を熱輸送部材３を経由させて蓄熱部材５０へと伝えていく。そして、蓄熱部材５０に伝えられた熱は、蓄熱部材５０の内部にある蓄熱流体に蓄えられる。すなわち、蓄熱流体に熱を伝えることによって、作動ガスを冷却する。続いて、作動ガスをクーラー３９の側からヒーター３７の側へと流す時には、クーラー３９から再生器３９内に流入した作動ガスの温度が蓄熱部材５０内の蓄熱流体の温度よりも低いので、蓄熱流体の熱を熱輸送部材３を経由して作動ガスへと伝えていく。すなわち、蓄熱流体に蓄えられた熱によって作動ガスを加熱する。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
熱収集部材として、直径５０ｍｍ×長さ１００ｍｍの円筒形状であり、セルの断面形状が正方形であり、隔壁厚さが０．４ｍｍ、セル密度が３０セル／ｃｍ^２の炭化珪素製ハニカム構造体を準備した。次に、熱交換部材として直径３０ｍｍ×長さ１００ｍｍの銅製の円筒を準備し、熱輸送部材として、１０ｍｍ×１００ｍｍ×６０ｍｍの銅製の平板を準備した。熱収集部材および熱交換部材の外周部が、それぞれ熱輸送部材の１０ｍｍ×１００ｍｍの側面と接合するよう、これらの部材を互いにロウ付けし、周囲に断熱材としてグラスウールを巻き、熱交換器を作製した。

（試験方法）
熱収集部材には、３００℃、１０ｇ／ｓにて空気を流入させ、熱交換部材には、２０℃、１０Ｌ／ｍにて水を流入させた。それぞれの部材の流路の出入り口において、流体の温度および流量を測定することにより、収集および交換した熱量を計測した。

（試験結果）
測定、計測の結果、熱収集部材では、２．０２ｋＷの熱エネルギーを収集し、熱交換部材では、１．８１ｋＷの熱エネルギーを交換した。このことから、熱輸送部材を備える本発明の熱交換器は、十分な熱伝導力を有するものであり、熱収集部材と熱交換部材とが離れて配置されている場合でも、十分な熱交換能力を発揮することが分かった。

本発明の熱交換器は、加熱流体（高温側）と非加熱流体（低温側）の間で熱交換する用途であれば、分野を特定することなく利用が可能である。また、本発明の熱交換器は、レイアウトの自由度の高いことを特徴とするため、自動車分野において排ガスからの排熱回収の用途で利用する場合等、限られたスペースに設置する必要がある場合に特に有用である。

１：熱収集部材、２，２ａ，２ｂ：熱交換部材、３，３ａ〜３ｆ：熱輸送部材、５：隔壁、６：セル、１０：熱交換器、１１ａ，１２ａ：一方の端面、１１ｂ，１２ｂ：他方の端面、２０：熱電素子、３０：スターリングエンジン、３１：膨張ピストン、３２：膨張空間、３３：圧縮ピストン、３４：圧縮空間、３５ａ，３５ｂ：シリンダ、３６：作動ガス流路、３７：ヒーター、３８：再生器、３９：クーラー、４０：クランクシャフト、４１：フライホイール、５０：蓄熱部材。

Claims

内部を流通する第一の流体から熱を収集するためのセラミック材料からなる熱収集部材と、
前記熱収集部材にて収集された熱を、内部を流通する第二の流体へと伝達するための少なくとも一つの熱交換部材と、
前記熱収集部材の外周面の一部と、前記熱交換部材の外周面の少なくとも一部とに接合するよう配置され、前記熱収集部材にて収集された熱を前記熱交換部材へと伝導可能な熱伝導材料からなる少なくとも一つの熱輸送部材と、を備え、
前記熱収集部材が、隔壁によって前記第一の流体の流路となる一方の端面から他方の端面まで延びる複数のセルの区画形成されたハニカム部材であり、
前記熱交換部材が、前記第二の流体の流路を形成する筒状部材であり、
前記熱輸送部材の形状が板状である熱交換器。
前記熱収集部材、前記熱輸送部材、および前記熱交換部材の外表面のうち、前記第一の流体および前記第二の流体の流通する部分を除く範囲が断熱材で覆われている請求項１に記載の熱交換器。
前記セラミック材料が炭化珪素を５０％以上含有する請求項１または２に記載の熱交換器。
前記熱輸送部材が前記熱収集部材に複数接合された請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱交換部材を複数備え、複数の前記熱輸送部材のそれぞれが異なる前記熱交換部材に接合された請求項４に記載の熱交換器。
前記熱交換部材を１つ備え、複数の前記熱輸送部材のすべてが１つの前記熱交換部材に接合された請求項４に記載の熱交換器。
前記熱交換部材が前記熱収集部材の外周を取り囲むよう配置された請求項６に記載の熱交換器。
複数の前記熱輸送部材に、サイズ、形状、および熱伝導率のうち少なくとも１つが異なるものが含まれ、複数の前記熱輸送部材が、熱伝達条件の異なる複数の熱伝達経路として存在する請求項４〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱輸送部材を形成する前記熱伝導材料が金属材料である請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱交換部材が、接合する前記熱輸送部材と同一の材料からなる請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱輸送部材と、前記熱輸送部材に接合する前記熱交換部材とが一体的に形成された請求項１０に記載の熱交換器。
前記熱輸送部材が略均一の厚みを有する薄板状の部材であり、
前記熱収集部材の流路方向長さと略同一の長さを有する第一の端部が、前記熱収集部材の外周面の一方の端面から他方の端面に渡って流路方向に平行に接合され、
且つ、前記熱交換部材の流路方向長さと略同一の長さを有する前記第一の端部と反対側に位置する第二の端部が、前記熱交換部材の外周面の一方の端面から他方の端面に渡って流路方向に平行に接合された請求項１〜１１のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱収集部材の流路方向長さと前記熱交換部材の流路方向長さとが略同一である請求項１〜１２のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱輸送部材の表面に熱電素子が設けられている請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記熱輸送部材の一部が熱電素子である請求項１〜１３のいずれか１項に記載の熱交換器。