JP6793078B2 - Heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
JP6793078B2
JP6793078B2 JP2017056606A JP2017056606A JP6793078B2 JP 6793078 B2 JP6793078 B2 JP 6793078B2 JP 2017056606 A JP2017056606 A JP 2017056606A JP 2017056606 A JP2017056606 A JP 2017056606A JP 6793078 B2 JP6793078 B2 JP 6793078B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal
metal outer
fluid
flow path
outer tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017056606A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018159503A (en
Inventor
徳田 昌弘
昌弘 徳田
博紀 高橋
博紀 高橋
竜生 川口
竜生 川口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2017056606A priority Critical patent/JP6793078B2/en
Publication of JP2018159503A publication Critical patent/JP2018159503A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6793078B2 publication Critical patent/JP6793078B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

本発明は熱交換器に関する。とりわけ、本発明は、第一の流体(高温側)の熱を第二の流体(低温側)へ熱伝達する熱交換器に関する。 The present invention relates to heat exchangers. In particular, the present invention relates to a heat exchanger that transfers heat from a first fluid (high temperature side) to a second fluid (low temperature side).

近年、自動車の燃費改善が求められている。特に、エンジン始動時などのエンジンが冷えている時の燃費悪化を防ぐため、冷却水やエンジンオイル、ATF(オートマチックトランスミッションフルード;Automatic transmission fluid)等を早期に暖めて、フリクション(摩擦)損失を低減するシステムが期待されている。また、排ガス浄化用触媒を早期に活性化するために触媒を加熱するシステムが期待されている。 In recent years, improvement in fuel efficiency of automobiles has been required. In particular, in order to prevent deterioration of fuel efficiency when the engine is cold, such as when the engine is started, cooling water, engine oil, ATF (Automatic transmission fluid), etc. are warmed at an early stage to reduce friction loss. The system to do is expected. In addition, a system for heating the catalyst for activating the exhaust gas purification catalyst at an early stage is expected.

このようなシステムとして、例えば、熱交換器がある。熱交換器は、内部に第一の流体を流通させ、外部に第二の流体を流通させることにより熱交換を行う部品(熱交換部品)を含む装置である。このような熱交換器では、高温の流体(例えば、排ガス)から低温の流体(例えば、冷却水)へ熱交換することにより熱を有効利用することができる。 Such a system is, for example, a heat exchanger. A heat exchanger is a device including a component (heat exchange component) that exchanges heat by circulating a first fluid inside and a second fluid outside. In such a heat exchanger, heat can be effectively utilized by exchanging heat from a high temperature fluid (for example, exhaust gas) to a low temperature fluid (for example, cooling water).

自動車排ガスのような高温の気体から熱を回収する熱交換器としては、耐熱金属で作製された熱交換器が知られていたが、耐熱金属は価格が高い上に加工が難しい、密度が高く重い、熱伝導が低いなどの課題があった。そこで、近年では、ケーシング内にハニカム構造体を収容し、第一の流体をハニカム構造体のセル内に流通させ、第二の流体をケーシング内でハニカム構造体の外周面上を流通させる構成とした熱交換器が提案されている(特許文献1〜3)。 As a heat exchanger that recovers heat from a high-temperature gas such as automobile exhaust gas, a heat exchanger made of heat-resistant metal has been known, but heat-resistant metal is expensive, difficult to process, and has a high density. There were problems such as heavy weight and low heat conduction. Therefore, in recent years, the honeycomb structure is housed in the casing, the first fluid is circulated in the cell of the honeycomb structure, and the second fluid is circulated in the casing on the outer peripheral surface of the honeycomb structure. A heat exchanger has been proposed (Patent Documents 1 to 3).

特許文献1〜3における熱交換器30の斜視図の一例を図9に、該熱交換器30を軸方向に平行な断面で切断した断面図を図10に模式的に示す。ケーシング21は、第一の流体の入口25から第一の流体の出口26までの第一流体流通部5を形成するハニカム構造体1が嵌合するように直線状に形成され、第二の流体の入口22から第二の流体の出口23までの第二流体流通部6も直線状に形成され、第一流体流通部5と第二流体流通部6とが交差する交差構造とされている。ハニカム構造体1は、ケーシング21に嵌合して備えられており、ハニカム構造体1の延出外周壁51の外周面とケーシング21の内周面とによってシール部53が形成されている。第二の流体の入口22と出口23とが、ハニカム構造体1を挟んで反対側に形成されている。 9 is an example of a perspective view of the heat exchanger 30 in Patent Documents 1 to 3, and FIG. 10 schematically shows a cross-sectional view of the heat exchanger 30 cut in a cross section parallel to the axial direction. The casing 21 is formed linearly so that the honeycomb structure 1 forming the first fluid flow portion 5 from the inlet 25 of the first fluid to the outlet 26 of the first fluid is fitted, and the second fluid. The second fluid flow section 6 from the inlet 22 to the outlet 23 of the second fluid is also formed in a linear shape, and has an intersecting structure in which the first fluid flow section 5 and the second fluid flow section 6 intersect. The honeycomb structure 1 is provided so as to be fitted to the casing 21, and the seal portion 53 is formed by the outer peripheral surface of the extending outer peripheral wall 51 of the honeycomb structure 1 and the inner peripheral surface of the casing 21. The inlet 22 and the outlet 23 of the second fluid are formed on opposite sides of the honeycomb structure 1.

国際公開第2011/071161号International Publication No. 2011/071161 特開2014−70826号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-70826 国際公開第2012/133405号International Publication No. 2012/133405

図10の断面図から明らかなように、従来のケーシングは一体成形品(単一部品)として提供されていた。これは一体成形品のほうが部品点数が少なくなるので、製造コストが削減され、部品管理の負担も減ると考えたためであると推察される。しかしながら、ケーシングを一体成形品(単一部品)として提供することを前提とする場合、ハイドロフォーミング、プレス加工、スピニング等の塑性加工を中心にケーシングを成形する必要があり、ケーシングの製造工程上の制約が大きくなり、ケーシングの構造バリエーションを広げることが難しい。 As is clear from the cross-sectional view of FIG. 10, the conventional casing has been provided as an integrally molded product (single part). It is presumed that this is because the integrally molded product has a smaller number of parts, which reduces the manufacturing cost and the burden of parts management. However, if it is premised that the casing is provided as an integrally molded product (single part), it is necessary to mold the casing mainly by plastic working such as hydroforming, pressing, and spinning, and it is necessary to mold the casing in the manufacturing process of the casing. The restrictions become large, and it is difficult to widen the structural variation of the casing.

本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、ケーシング内に柱状ハニカム構造体を収容し、第一の流体を柱状ハニカム構造体のセル内に流通させ、第二の流体をケーシング内で柱状ハニカム構造体の外周側面上を流通させる構成とした熱交換器において、ケーシングの設計自由度を高めることを課題の一つとする。 The present invention has been made in view of such a problem, and a columnar honeycomb structure is housed in a casing, a first fluid is circulated in a cell of the columnar honeycomb structure, and a second fluid is casing. One of the issues is to increase the degree of freedom in designing the casing in the heat exchanger in which the columnar honeycomb structure is circulated on the outer peripheral side surface.

上述の課題を解決するため、本発明者は鋭意検討したところ、内側面に一箇所又は二箇所以上の段部を有するケーシングとし、当該段部を内径の異なる金属管同士を接合することによって形成することにより、熱回収効率の改善、構造強度の改善、及び製造工数の削減といった少なくとも一つ以上の観点で熱交換器の改良に資する様々なケーシングを得ることが可能であることを見出した。本発明は上記知見に基づき完成したものであり、以下に例示される。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has made a diligent study and found that the casing has one or more steps on the inner side surface, and the steps are formed by joining metal pipes having different inner diameters. By doing so, it has been found that it is possible to obtain various casings that contribute to the improvement of the heat exchanger from at least one or more viewpoints such as improvement of heat recovery efficiency, improvement of structural strength, and reduction of manufacturing man-hours. The present invention has been completed based on the above findings, and is exemplified below.

[1]
セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の底面から第二の底面に貫通して第一の流体の流路を形成する複数のセルを外周側面の内側に有する柱状のハニカム構造体と、
ハニカム構造体の外周側面を周回被覆する金属製内管と、
第二の流体の入口及び出口を有する金属製のケーシングであって、金属製内管の外周側面とケーシングの内側面との間に第二の流体の流路が形成されるように、金属製内管の外周側面を周回被覆するケーシングと、
を備える熱交換器であり、
ケーシングは、少なくとも接合部分の内径が異なる二本以上の金属製外管が接合されることによって形成された一箇所又は二箇所以上の段部を内側面に有する、
熱交換器。
[1]
A columnar honeycomb structure having a plurality of cells inside the outer peripheral side surface, which are partitioned by partition walls containing ceramics as the main component and penetrate from the first bottom surface to the second bottom surface to form a flow path for the first fluid. When,
A metal inner tube that orbits the outer peripheral side surface of the honeycomb structure,
A metal casing having a second fluid inlet and outlet, made of metal such that a second fluid flow path is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner tube and the inner surface of the casing. A casing that orbits the outer peripheral side surface of the inner tube,
Is a heat exchanger equipped with
The casing has one or more stepped portions on the inner surface formed by joining two or more metal outer pipes having at least different inner diameters of the joint portions.
Heat exchanger.

[2]
二本以上の金属製外管のうち一本以上が他の金属製外管と厚みが異なる[1]に記載の熱交換器。
[2]
The heat exchanger according to [1], wherein one or more of the two or more metal outer tubes have a thickness different from that of the other metal outer tubes.

[3]
二本以上の金属製外管のうち一本以上の金属製外管の肉厚は1.0mm以上である[1]又は[2]に記載の熱交換器。
[3]
The heat exchanger according to [1] or [2], wherein one or more of the two or more metal outer tubes has a wall thickness of 1.0 mm or more.

[4]
ケーシングは、第一の金属製外管と、第一の金属製外管に接合した第一の金属製外管よりも少なくとも接合部分の内径が小さな第二の金属製外管と、第一の金属製外管に接合した第一の金属製外管よりも少なくとも接合部分の内径が小さな第三の金属製外管とを備え、
第一の金属製外管と第二の金属製外管が接合されることによって形成された段部、及び、第一の金属製外管と第三の金属製外管が接合されることによって形成された段部がそれぞれケーシングの内側面における段部を構成しており、
第一の金属製外管の内側面が、ケーシングの内側面として金属製内管の外周側面との間に第二の流体の流路を形成しており、
第二及び第三の金属製外管が金属製内管と接合している、
[1]〜[3]の何れか一項に記載の熱交換器。
[4]
The casing includes a first metal outer tube, a second metal outer tube having an inner diameter of at least a joint portion smaller than that of the first metal outer tube joined to the first metal outer tube, and a first one. It is provided with a third metal outer tube having at least an inner diameter of the joint portion smaller than that of the first metal outer tube joined to the metal outer tube.
By joining the first metal outer pipe and the second metal outer pipe to form a step portion, and by joining the first metal outer pipe and the third metal outer pipe. Each of the formed step portions constitutes a step portion on the inner side surface of the casing.
The inner surface of the first metal outer pipe forms a second fluid flow path between the inner side surface of the casing and the outer peripheral side surface of the metal inner pipe.
The second and third metal outer tubes are joined to the metal inner tubes,
The heat exchanger according to any one of [1] to [3].

[5]
第二及び第三の金属製外管が金属製内管と溶接又はろう付けにて接合されている[4]に記載の熱交換器。
[5]
The heat exchanger according to [4], wherein the second and third metal outer pipes are joined to the metal inner pipe by welding or brazing.

[6]
二本以上の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成を有する[1]〜[5]の何れか一項に記載の熱交換器。
[6]
The heat exchanger according to any one of [1] to [5], wherein at least one of the two or more metal outer tubes has a material composition different from that of the other metal outer tubes.

[7]
二本以上の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成であり、引張強さが異なる[6]に記載の熱交換器。
[7]
The heat exchanger according to [6], wherein at least one of two or more metal outer tubes has a material composition different from that of the other metal outer tubes, and the tensile strength is different.

[8]
二本以上の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成であり、熱膨張係数が異なる[6]又は[7]に記載の熱交換器。
[8]
The heat exchanger according to [6] or [7], wherein at least one of the two or more metal outer tubes has a material composition different from that of the other metal outer tubes and has a different coefficient of thermal expansion.

[9]
二本以上の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成であり、熱伝導率が異なる[6]〜[8]の何れか一項に記載の熱交換器。
[9]
The heat exchanger according to any one of [6] to [8], wherein at least one of the two or more metal outer tubes has a material composition different from that of the other metal outer tubes and has different thermal conductivity. ..

[10]
第二の流体の乱流化を促進するため、流路高さが変化する部位を第二流体の流路内に有する[1]〜[9]の何れか一項に記載の熱交換器。
[10]
The heat exchanger according to any one of [1] to [9], which has a portion in the flow path of the second fluid in which the height of the flow path changes in order to promote turbulence of the second fluid.

[11]
流路高さが変化する部位は、ケーシング及び/又は金属製内管が蛇腹状であることにより形成されたものである[10]に記載の熱交換器。
[11]
The heat exchanger according to [10], wherein the portion where the flow path height changes is formed by the casing and / or the metal inner tube having a bellows shape.

[12]
流路高さが変化する部位は、前記段部により形成されたものである[10]に記載の熱交換器。
[12]
The heat exchanger according to [10], wherein the portion where the flow path height changes is formed by the step portion.

[13]
ケーシングは、縮径部及び拡径部を有する第一の金属製外管と、縮径部及び拡径部を有する第二の金属製外管とを備え、
第一及び第二の金属製外管が共に拡径部において接合されることによって形成された段部が、流路高さが変化する部位を構成しており、
金属製内管の外周側面と第一及び第二の金属製外管のそれぞれの拡径部の内側面との間に第二の流体の流路が形成されており、
第二及び第三の金属製外管がそれぞれ金属製内管と接合している、
[12]に記載の熱交換器。
[13]
The casing includes a first metal outer tube having a reduced diameter portion and an enlarged diameter portion, and a second metal outer tube having a reduced diameter portion and an enlarged diameter portion.
The stepped portion formed by joining the first and second metal outer pipes together in the enlarged diameter portion constitutes a portion where the flow path height changes.
A second fluid flow path is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner pipe and the inner side surface of each of the enlarged diameter portions of the first and second metal outer pipes.
The second and third metal outer tubes are joined to the metal inner tubes, respectively.
The heat exchanger according to [12].

[14]
第二の流体の入口及び出口はセルの延びる方向にずれており、
セルの延びる方向において、第二の流体の入口及び出口の間に流路高さが狭まる部位が一つ以上あり、
流路高さが狭まる部位の少なくとも一つは前記段部により形成されたものである[12]に記載の熱交換器。
[14]
The inlet and outlet of the second fluid are offset in the direction of cell extension.
In the extending direction of the cell, there is one or more parts where the flow path height narrows between the inlet and outlet of the second fluid.
The heat exchanger according to [12], wherein at least one of the portions where the flow path height is narrowed is formed by the step portion.

[15]
前記流路高さが狭まる部位における流路高さAと、前記流路高さが狭まる部位の第二の流体について上流側に隣接する部位の流路高さBと、前記流路高さが狭まる部位の第二の流体について下流側に隣接する部位の流路高さCとが、A<B×1/2、及び/又は、A<C×1/2を満たす[14]に記載の熱交換器。
[15]
The flow path height A at the portion where the flow path height is narrowed, the flow path height B at the portion adjacent to the upstream side of the second fluid at the portion where the flow path height is narrowed, and the flow path height are The second fluid in the narrowing portion, according to [14], wherein the flow path height C in the portion adjacent to the downstream side satisfies A <B × 1/2 and / or A <C × 1/2. Heat exchanger.

[16]
第二の流体の流路内に、第二の流体の乱流化を促進するための乱流促進部材が配置されている[1]〜[15]の何れか一項に記載の熱交換器。
[16]
The heat exchanger according to any one of [1] to [15], wherein a turbulence promoting member for promoting turbulence of the second fluid is arranged in the flow path of the second fluid. ..

本発明に係る熱交換器で使用するケーシングは設計自由度が高い。このため、熱回収効率の改善、構造強度の改善、及び/又は製造工数の削減といった観点で熱交換器の改良に資するバリエーションの豊富なケーシングを備えた熱交換器を提供することが可能となる。よって、本発明に係る熱交換器は、例えば自動車排ガスのような高温の気体から熱を回収する際に好適に使用することができる。 The casing used in the heat exchanger according to the present invention has a high degree of freedom in design. Therefore, it is possible to provide a heat exchanger equipped with a wide variety of casings that contribute to the improvement of the heat exchanger from the viewpoints of improving heat recovery efficiency, improving structural strength, and / or reducing manufacturing man-hours. .. Therefore, the heat exchanger according to the present invention can be suitably used when recovering heat from a high-temperature gas such as automobile exhaust gas.

本発明の第一の実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the cross section parallel to the axial direction (the direction which a cell extends) of a columnar honeycomb structure about the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の軸方向(セルの延びる方向)に垂直な断面の構造を説明するための図(図1のA−A’線断面図)である。The figure (AA'line cross section of FIG. 1) for explaining the structure of the heat exchanger according to the first embodiment of the present invention in the cross section perpendicular to the axial direction (the direction in which the cell extends) of the columnar honeycomb structure. Figure). 本発明の第一の実施形態に係る熱交換器において使用するコア部品の斜視図である。It is a perspective view of the core component used in the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の中心軸を通り軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the cross section of the heat exchanger according to the 2nd Embodiment of this invention, which passes through the central axis of a columnar honeycomb structure and is parallel to the axial direction (the direction in which a cell extends). 本発明の第三の実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の中心軸を通り軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the cross section of the heat exchanger according to the 3rd Embodiment of this invention, which passes through the central axis of the columnar honeycomb structure and is parallel to the axial direction (the direction in which a cell extends). 本発明の第四の実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の中心軸を通り軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the cross section of the heat exchanger according to the 4th Embodiment of this invention, which passes through the central axis of a columnar honeycomb structure and is parallel to the axial direction (the direction in which a cell extends). 本発明の第五の実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の中心軸を通り軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the cross section of the heat exchanger according to the 5th Embodiment of this invention, which passes through the central axis of the columnar honeycomb structure and is parallel to the axial direction (the direction in which a cell extends). 本発明の第六の実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の中心軸を通り軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the cross section of the heat exchanger according to the 6th Embodiment of this invention, which passes through the central axis of a columnar honeycomb structure and is parallel to the axial direction (the direction in which a cell extends). 特許文献1〜3に開示されている熱交換器の斜視図の一例である。It is an example of the perspective view of the heat exchanger disclosed in Patent Documents 1 to 3. 図9の熱交換器を中心軸を通り軸方向に平行な断面で切断した断面図である。It is sectional drawing which cut through the heat exchanger of FIG. 9 in the cross section parallel to the axial direction through the central axis.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and the following embodiments are appropriately modified or improved based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It should be understood that those skilled in the art also fall within the scope of the present invention.

<1 熱交換器>
図1には、本発明の第一の実施形態に係る熱交換器100について、柱状ハニカム構造体の軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面の構造が示されている。図2は、図1のA−A’線断面図であり、本発明の第一の実施形態に係る熱交換器100について、柱状ハニカム構造体の軸方向(セルの延びる方向)に垂直な断面の構造が示されている。
<1 Heat exchanger>
FIG. 1 shows a structure having a cross section parallel to the axial direction (direction in which the cell extends) of the columnar honeycomb structure for the heat exchanger 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, which is a cross section perpendicular to the axial direction (direction in which the cell extends) of the columnar honeycomb structure with respect to the heat exchanger 100 according to the first embodiment of the present invention. The structure of is shown.

熱交換器100は、セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の底面114から第二の底面116に貫通して第一の流体の流路を形成する複数のセルを外周側面の内側に有する柱状のハニカム構造体101と、
ハニカム構造体101の外周側面を周回被覆する金属製内管102と、
第二の流体の入口106及び出口107を有するケーシング105であって、金属製内管102の外周側面とケーシング105の内側面との間に第二の流体の流路が形成されるように、金属製内管102の外周側面を周回被覆するケーシング105と、
を備える。
ケーシング105は、少なくとも接合部分の内径が異なる二本以上の金属製外管の端部同士が接合されることによって形成された一箇所又は二箇所以上の段部108(108b、108c)を内側面に有する。また、金属製内管102の軸方向(セルの延びる方向)の両端部における外周側面がケーシング105の内側面と周回状に嵌合している。段部108は柱状ハニカム構造体101の中心軸を通り、軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面において、当該軸方向に垂直な段差を付与することができる。
The heat exchanger 100 is partitioned by partition walls containing ceramics as a main component, and has a plurality of cells on the outer peripheral side surface thereof, which penetrate from the first bottom surface 114 to the second bottom surface 116 to form a flow path for the first fluid. The columnar honeycomb structure 101 on the inside and
A metal inner tube 102 that orbitally covers the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101,
A casing 105 having a second fluid inlet 106 and an outlet 107 such that a second fluid flow path is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner tube 102 and the inner side surface of the casing 105. A casing 105 that orbits the outer peripheral side surface of the metal inner tube 102,
To be equipped.
The casing 105 has one or more stepped portions 108 (108b, 108c) formed by joining the ends of two or more metal outer pipes having at least different inner diameters of the jointed portions on the inner surface surface. Have in. Further, the outer peripheral side surfaces at both ends of the metal inner tube 102 in the axial direction (direction in which the cell extends) are circularly fitted with the inner side surface of the casing 105. The step portion 108 passes through the central axis of the columnar honeycomb structure 101, and in a cross section parallel to the axial direction (direction in which the cell extends), a step perpendicular to the axial direction can be provided.

(1−1 コア部品)
図3には、ハニカム構造体101と金属製内管102を嵌合することにより作製される本発明の第一の実施形態に係る熱交換器100のコア部品120の斜視図が例示されている。
(1-1 core parts)
FIG. 3 illustrates a perspective view of the core component 120 of the heat exchanger 100 according to the first embodiment of the present invention, which is manufactured by fitting the honeycomb structure 101 and the metal inner tube 102. ..

(1−1−1 ハニカム構造体)
図1〜図3を参照すると、ハニカム構造体101は、セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の底面114から第二の底面116に貫通して第一の流体の流路を形成するセルを複数有する。このように構成されていることにより、ハニカム構造体101のセルを流通する第一の流体の熱を効率よく集熱し、外部に伝達することができる。第一の流体は、図1では紙面の左右方向に流れることができる。第一の流体には、特に制限はなく、種々の液体及び気体が利用できるが、例えば、熱交換器が自動車に搭載される熱交換器の一部として用いられる場合には、第一の流体は排ガスであることが好ましい。
(1-1-1 Honeycomb structure)
With reference to FIGS. 1 to 3, the honeycomb structure 101 is partitioned by partition walls containing ceramics as a main component, and penetrates from the first bottom surface 114 to the second bottom surface 116 to pass through the first fluid flow path. It has a plurality of cells to be formed. With such a configuration, the heat of the first fluid flowing through the cells of the honeycomb structure 101 can be efficiently collected and transferred to the outside. The first fluid can flow in the left-right direction of the paper surface in FIG. The first fluid is not particularly limited, and various liquids and gases can be used. For example, when the heat exchanger is used as a part of the heat exchanger mounted on the automobile, the first fluid Is preferably exhaust gas.

ハニカム構造体101の形状は柱状であり、第一の流体が第一の底面114から第二の底面116までセル内を流れることができる限り、特に制限はない。例えば、円柱、楕円柱、四角柱、又はその他の多角柱等とすることができる。従って、ハニカム構造体101の軸方向(セルの延びる方向)に直交する断面におけるハニカム構造体101の外形は、円形、楕円形、四角形、又はその他の多角形とすることができる。第一の実施形態においては、ハニカム構造体101は円柱状であり、その断面形状は円形である。 The shape of the honeycomb structure 101 is columnar, and there is no particular limitation as long as the first fluid can flow in the cell from the first bottom surface 114 to the second bottom surface 116. For example, it may be a cylinder, an elliptical pillar, a square pillar, or other polygonal pillar. Therefore, the outer shape of the honeycomb structure 101 in the cross section orthogonal to the axial direction (direction in which the cell extends) of the honeycomb structure 101 can be circular, elliptical, quadrangular, or other polygonal. In the first embodiment, the honeycomb structure 101 is cylindrical and its cross-sectional shape is circular.

また、ハニカム構造体101の軸方向(セルの延びる方向)に直交する断面におけるセル形状も、特に制限はない。円形、楕円形、三角形、四角形、六角形、又はその他の多角形等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。第一の実施形態においては、セルの断面形状は四角形である。 Further, the cell shape in the cross section orthogonal to the axial direction (the direction in which the cell extends) of the honeycomb structure 101 is not particularly limited. A desired shape may be appropriately selected from a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, a hexagon, or another polygon. In the first embodiment, the cross-sectional shape of the cell is quadrangular.

ハニカム構造体101の隔壁は、セラミックスを主成分とするものである。「セラミックスを主成分とする」とは、隔壁の全質量に占めるセラミックスの質量比率が50質量%以上であることをいう。 The partition wall of the honeycomb structure 101 is mainly composed of ceramics. "Containing ceramics as a main component" means that the mass ratio of ceramics to the total mass of the partition wall is 50% by mass or more.

隔壁の気孔率は、10%以下であることが好ましく、5%以下であることが更に好ましく、3%以下であることが特に好ましい。隔壁の気孔率は0%とすることもできる。隔壁の気孔率を10%以下とすることにより、熱伝導率を向上させることができる。 The porosity of the partition wall is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and particularly preferably 3% or less. The porosity of the partition wall can also be 0%. The thermal conductivity can be improved by setting the porosity of the partition wall to 10% or less.

隔壁は、熱伝導性が高いSiC(炭化珪素)を主成分として含むことが好ましい。「SiC(炭化珪素)を主成分として含む」とは、隔壁の全質量に占めるSiC(炭化珪素)の質量比率が50質量%以上であることを意味する。 The partition wall preferably contains SiC (silicon carbide) having high thermal conductivity as a main component. "Containing SiC (silicon carbide) as a main component" means that the mass ratio of SiC (silicon carbide) to the total mass of the partition wall is 50% by mass or more.

さらに具体的には、ハニカム構造体101の材料としては、Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC、金属複合SiC、再結晶SiC、Si34、及びSiC等を採用することができる。その中でも、安価に製造出来、高熱伝導であることからSi含浸SiC、(Si+Al)含浸SiCを採用することが好ましい。 More specifically, as the material of the honeycomb structure 101, Si-impregnated SiC, may be employed (Si + Al) impregnated SiC, metal composite SiC, recrystallized SiC, Si 3 N 4, and SiC. Among them, it is preferable to use Si-impregnated SiC or (Si + Al) -impregnated SiC because it can be manufactured at low cost and has high thermal conductivity.

ハニカム構造体101の軸方向(セルの延びる方向)に直交する断面におけるセル密度(即ち、単位面積当たりのセルの数)については特に制限はない。セル密度は、適宜設計すればよいが、4〜320セル/cm2の範囲であることが好ましい。セル密度を4セル/cm2以上とすることにより、隔壁の強度、ひいてはハニカム構造体101自体の強度及び有効GSA(幾何学的表面積)を十分なものとすることができる。また、セル密度を320セル/cm2以下とすることにより、第一の流体が流れる際の圧力損失が大きくなることを防止することができる。 There is no particular limitation on the cell density (that is, the number of cells per unit area) in the cross section orthogonal to the axial direction (the direction in which the cells extend) of the honeycomb structure 101. The cell density may be appropriately designed, but is preferably in the range of 4 to 320 cells / cm 2 . By setting the cell density to 4 cells / cm 2 or more, the strength of the partition wall, the strength of the honeycomb structure 101 itself, and the effective GSA (geometric surface area) can be made sufficient. Further, by setting the cell density to 320 cells / cm 2 or less, it is possible to prevent a large pressure loss when the first fluid flows.

ハニカム構造体101のアイソスタティック強度は、1MPa以上が好ましく、5MPa以上が更に好ましい。ハニカム構造体101のアイソスタティック強度が、1MPa以上であると、ハニカム構造体101の耐久性を十分なものとすることができる。ハニカム構造体101のアイソスタティック強度は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるJASO規格M505−87に規定されているアイソスタティック破壊強度の測定方法に準じて測定することができる。 The isostatic strength of the honeycomb structure 101 is preferably 1 MPa or more, more preferably 5 MPa or more. When the isostatic strength of the honeycomb structure 101 is 1 MPa or more, the durability of the honeycomb structure 101 can be made sufficient. The isostatic strength of the honeycomb structure 101 can be measured according to the method for measuring the isostatic fracture strength specified in the JASO standard M505-87, which is an automobile standard issued by the Society of Automotive Engineers of Japan.

セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体101の直径は、20〜200mmであることが好ましく、30〜100mmであることが好ましい。このような直径とすることにより、熱回収効率を向上させることができる。セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体101の形状が円形でない場合には、ハニカム構造体101の断面の形状に内接する最大内接円の直径を、セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体101の直径とする。 The diameter of the honeycomb structure 101 in the cross section orthogonal to the extending direction of the cell is preferably 20 to 200 mm, preferably 30 to 100 mm. With such a diameter, the heat recovery efficiency can be improved. When the shape of the honeycomb structure 101 in the cross section orthogonal to the extending direction of the cell is not circular, the diameter of the maximum inscribed circle inscribed in the shape of the cross section of the honeycomb structure 101 is set in the cross section orthogonal to the extending direction of the cell. It is the diameter of the honeycomb structure 101.

ハニカム構造体101のセルの隔壁の厚さについても、目的に応じて適宜設計すればよく、特に制限はない。隔壁の厚さは、0.1〜1mmとすることが好ましく、0.2〜0.6mmとすることが更に好ましい。隔壁の厚さを0.1mm以上とすることにより、機械的強度を十分なものとし、衝撃や熱応力によって破損することを防止することができる。また、隔壁の厚さを1mm以下とすることにより、開口面積の低下によって第一の流体の圧力損失が大きくなったり、熱媒体との接触面積の低下によって熱回収効率が低下したりするといった不具合を防止することができる。 The thickness of the partition wall of the cell of the honeycomb structure 101 may be appropriately designed according to the purpose, and is not particularly limited. The thickness of the partition wall is preferably 0.1 to 1 mm, more preferably 0.2 to 0.6 mm. By setting the thickness of the partition wall to 0.1 mm or more, the mechanical strength can be made sufficient and damage due to impact or thermal stress can be prevented. Further, when the thickness of the partition wall is 1 mm or less, the pressure loss of the first fluid increases due to the decrease in the opening area, and the heat recovery efficiency decreases due to the decrease in the contact area with the heat medium. Can be prevented.

隔壁の密度は、0.5〜5g/cm3であることが好ましい。隔壁の密度を0.5g/cm3以上とすることにより、隔壁を十分な強度とし、衝撃や熱応力によって破損することを防止することができる。また、隔壁の密度を5g/cm3以下とすることにより、ハニカム構造体101を軽量化することができる。上記の範囲の密度とすることにより、ハニカム構造体を強固なものとすることができ、熱伝導率を向上させる効果も得られる。なお、隔壁の密度は、アルキメデス法により測定した値である。 The partition wall density is preferably 0.5 to 5 g / cm 3 . By setting the density of the partition wall to 0.5 g / cm 3 or more, the partition wall can be made sufficiently strong and can be prevented from being damaged by impact or thermal stress. Further, by setting the density of the partition wall to 5 g / cm 3 or less, the weight of the honeycomb structure 101 can be reduced. By setting the density in the above range, the honeycomb structure can be made strong, and the effect of improving the thermal conductivity can also be obtained. The partition wall density is a value measured by the Archimedes method.

ハニカム構造体101の熱伝導率は、25℃において、50W/(m・K)以上であることが好ましく、100〜300W/(m・K)であることが更に好ましく、120〜300W/(m・K)であることが特に好ましい。ハニカム構造体101の熱伝導率を、このような範囲とすることにより、熱伝導性が良好となり、効率よくハニカム構造体内の熱を、金属製内管102に伝達することができる。なお、熱伝導率の値は、レーザーフラッシュ法(JIS R1611−1997)により測定した値である。 The thermal conductivity of the honeycomb structure 101 is preferably 50 W / (m · K) or more, more preferably 100 to 300 W / (m · K), and 120 to 300 W / (m) at 25 ° C. -K) is particularly preferable. By setting the thermal conductivity of the honeycomb structure 101 in such a range, the thermal conductivity becomes good, and the heat inside the honeycomb structure can be efficiently transferred to the metal inner tube 102. The value of thermal conductivity is a value measured by a laser flash method (JIS R1611-1997).

ハニカム構造体101のセルに、第一の流体として排ガスを流す場合、ハニカム構造体の隔壁に触媒を担持させることが好ましい。隔壁に触媒を担持させると、排ガス中のCOやNOxやHCなどを触媒反応によって無害な物質にすることが可能になり、これに加えて、触媒反応の際に生じる反応熱を熱交換に用いることが可能になる。触媒としては、貴金属(白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、及び金)、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス、及びバリウムからなる群から選択された元素を少なくとも一種を含有するものであることが好ましい。上記元素は、金属単体、金属酸化物、およびそれ以外の金属化合物として含有されていてもよい。 When exhaust gas is flowed through the cell of the honeycomb structure 101 as the first fluid, it is preferable to support the catalyst on the partition wall of the honeycomb structure. When a catalyst is supported on the partition wall, CO, NOx, HC, etc. in the exhaust gas can be made into harmless substances by the catalytic reaction, and in addition, the heat of reaction generated during the catalytic reaction is used for heat exchange. Will be possible. As catalysts, precious metals (platinum, rhodium, palladium, ruthenium, indium, silver, and gold), aluminum, nickel, zirconium, titanium, samarium, cobalt, manganese, zinc, copper, tin, iron, niobium, magnesium, lantern, It preferably contains at least one element selected from the group consisting of samarium, bismuth, and barium. The above elements may be contained as elemental metals, metal oxides, and other metal compounds.

触媒(触媒金属+担持体)の担持量としては、10〜400g/Lであることが好ましい。また、貴金属を含む触媒であれば、担持量が0.1〜5g/Lであることが好ましい。触媒(触媒金属+担持体)の担持量を10g/L以上とすると、触媒作用が発現しやすい。一方、400g/L以下とすると、圧力損失を抑え、製造コストの上昇を抑えることができる。担持体とは、触媒金属が担持される担体のことである。担持体としては、アルミナ、セリア、及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも一種を含有するものであることが好ましい。 The amount of the catalyst (catalyst metal + carrier) supported is preferably 10 to 400 g / L. Further, in the case of a catalyst containing a noble metal, the supported amount is preferably 0.1 to 5 g / L. When the amount of the catalyst (catalyst metal + carrier) supported is 10 g / L or more, the catalytic action is likely to occur. On the other hand, when it is 400 g / L or less, the pressure loss can be suppressed and the increase in the manufacturing cost can be suppressed. The carrier is a carrier on which the catalyst metal is supported. As the carrier, it is preferable that the carrier contains at least one selected from the group consisting of alumina, ceria, and zirconia.

(1−1−2 金属製内管)
金属製内管102は、ハニカム構造体101の外周側面に嵌合してハニカム構造体101の外周側面を周回被覆する。本明細書において、当該文脈における「嵌合」とは、ハニカム構造体101と金属製内管102とが、相互に嵌まり合った状態で固定されていることをいう。このため、ハニカム構造体101と金属製内管102との嵌合においては、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌め等の嵌め合いによる固定方法の他、ろう付け、溶接、拡散接合等により、ハニカム構造体101と金属製内管102とが相互に固定されている場合なども含まれる。
(1-1-2 metal inner tube)
The metal inner tube 102 is fitted to the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101 to orbitally cover the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101. As used herein, "fitting" in this context means that the honeycomb structure 101 and the metal inner tube 102 are fixed to each other in a fitted state. Therefore, in the fitting of the honeycomb structure 101 and the metal inner pipe 102, in addition to the fixing method by fitting such as crevice fitting, tight fitting, shrink fitting, brazing, welding, diffusion joining, etc., the honeycomb structure is used. The case where the body 101 and the metal inner tube 102 are fixed to each other is also included.

金属製内管102はハニカム構造体101の外周側面に対応した内側面形状を有することができる。金属製内管102の内周側面がハニカム構造体101の外周側面に直接することで、熱伝導性が良好となり、ハニカム構造体101内の熱を、金属製内管102に効率よく伝達することができる。 The metal inner tube 102 can have an inner surface shape corresponding to the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101. By directing the inner peripheral side surface of the metal inner tube 102 to the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101, the thermal conductivity is improved, and the heat inside the honeycomb structure 101 is efficiently transferred to the metal inner tube 102. Can be done.

熱回収効率を高めるという観点からは、ハニカム構造体101の外周側面の全面積に対する、金属製内管102によって周回被覆されるハニカム構造体101の外周側面の部分の面積の割合は高いほうが好ましい。具体的には当該面積割合は80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、100%(すなわち、ハニカム構造体101の外周側面の全部が金属製内管102によって周回被覆される。)であることが更により好ましい。なお、ここでいう「側面」というのはハニカム構造体の軸方向(セルの延びる方向)に平行な面を指し、ハニカム構造体の軸方向(セルの延びる方向)に直交する面(第一の底面114、第二の底面116)は含まれない。 From the viewpoint of increasing the heat recovery efficiency, it is preferable that the ratio of the area of the outer peripheral side surface portion of the honeycomb structure 101 to be circumferentially covered by the metal inner pipe 102 to the total area of the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101 is high. Specifically, the area ratio is preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and 100% (that is, the entire outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101 is orbitally covered with the metal inner pipe 102. It is even more preferable. The "side surface" here refers to a surface parallel to the axial direction of the honeycomb structure (direction in which the cell extends), and a surface orthogonal to the axial direction of the honeycomb structure (direction in which the cell extends) (first). The bottom surface 114 and the second bottom surface 116) are not included.

金属製内管102は金属製であるため製造性に優れている。また、金属製内管102は金属製であることは、後述する金属製のケーシング105との溶接が容易に行える点でも優れている。金属製内管102の材料としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、耐久信頼性が高く、安価という理由により、ステンレスが好ましい。 Since the metal inner tube 102 is made of metal, it is excellent in manufacturability. Further, the fact that the metal inner tube 102 is made of metal is also excellent in that it can be easily welded to the metal casing 105 described later. As the material of the metal inner tube 102, for example, stainless steel, titanium alloy, copper alloy, aluminum alloy, brass and the like can be used, and stainless steel is preferable because of its high durability and reliability and low cost.

金属製内管102の肉厚は、耐久信頼性の理由により0.1mm以上が好ましく、0.3mm以上がより好ましく、0.5mm以上が更により好ましい。金属製内管102の肉厚は、熱抵抗を低減して熱伝導性を高めるという理由により10mm以下が好ましく、5mm以下がより好ましく、3mm以下が更により好ましい。 The wall thickness of the metal inner tube 102 is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.3 mm or more, and even more preferably 0.5 mm or more for the reason of durability and reliability. The wall thickness of the metal inner tube 102 is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less, and even more preferably 3 mm or less because it reduces thermal resistance and enhances thermal conductivity.

(1−1−3 ケーシング)
本発明の第一の実施形態に係る熱交換器100は、コア部品120に加えて、第二の流体の入口106及び出口107を有する金属製のケーシング105であって、金属製内管102の外周側面とケーシング105の内側面との間に第二の流体の流路が形成されるように、金属製内管の外周側面を周回被覆するケーシング105を備える。ケーシング105はコア部品全体を周回被覆することが好ましい。
(1-1-3 Casing)
The heat exchanger 100 according to the first embodiment of the present invention is a metal casing 105 having a second fluid inlet 106 and an outlet 107 in addition to the core component 120, and is a metal inner pipe 102. A casing 105 is provided that orbitally covers the outer peripheral side surface of the metal inner pipe so that a second fluid flow path is formed between the outer peripheral side surface and the inner side surface of the casing 105. It is preferable that the casing 105 orbitally covers the entire core component.

ケーシング105は、少なくとも接合部分の内径が異なる金属製外管の端部同士が接合されることによって形成された一箇所又は二箇所以上の段部108を内側面に有する。端部の管径が異なる金属製外管の端部同士を接合することにより段部108を形成することは、ケーシング105が二つ以上の部材で構成されることを意味し、ケーシングを一体成形品(単一部品)で提供する訳ではないため、ケーシングの設計自由度が大きく広がる。例えば、熱回収効率の改善、構造強度の改善、及び製造工数の削減といった少なくとも一つ以上の観点で熱交換器の改良に資する種々の構造を有するケーシングを作製することが可能である。 The casing 105 has at least one or two or more stepped portions 108 formed by joining the ends of metal outer pipes having different inner diameters of the jointed portions on the inner side surface. Forming the stepped portion 108 by joining the ends of metal outer pipes having different pipe diameters at the ends means that the casing 105 is composed of two or more members, and the casing is integrally molded. Since it is not provided as a product (single part), the degree of freedom in casing design is greatly expanded. For example, it is possible to manufacture casings having various structures that contribute to the improvement of heat exchangers from at least one or more viewpoints such as improvement of heat recovery efficiency, improvement of structural strength, and reduction of manufacturing man-hours.

金属製外管の端部同士を接合する方法としては、限定的ではないが、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌め等の嵌め合いによる固定方法が挙げられる。嵌め合いによる固定方法にはその他、機械的な締結(おねじ及びめねじを利用したねじ込み接続など)、ろう付け、溶接、拡散接合等が挙げられる。嵌め合いではなく、金属製外管の端部同士を突き合わせた状態でろう付け、溶接、拡散接合、フランジ接続等を行って接合してもよい。これらの中では、嵌合溶接が作業効率及び接合強度の点で好ましい。 The method of joining the ends of the metal outer pipes is not limited, but examples thereof include a fixing method by fitting such as clearance fitting, tightening fitting, and shrink fitting. Other fixing methods by fitting include mechanical fastening (screw connection using male and female threads, etc.), brazing, welding, diffusion joining, and the like. Instead of fitting, brazing, welding, diffusion joining, flange connection, etc. may be performed in a state where the ends of the metal outer pipes are butted against each other. Of these, mating welding is preferable in terms of work efficiency and joint strength.

熱交換器100においては、ケーシング105は、第一の金属製外管105aと、第一の金属製外管105aの一方の端部に端部を嵌合溶接した第一の金属製外管105aの端部よりも端部の管径の小さな第二の金属製外管105bと、第一の金属製外管105aの他方の端部に端部を嵌合溶接した第一の金属製外管105aの端部よりも端部の管径の小さな第三の金属製外管105cとを備える。また、ケーシング105は、第二の流体の入口106、入口106と第一の金属製外管105aを連結する入口導管122、第二の流体の出口107、及び、出口107と第一の金属製外管105aを連結する出口導管123を備える。 In the heat exchanger 100, the casing 105 is the first metal outer tube 105a in which the end is fitted and welded to one end of the first metal outer tube 105a and the first metal outer tube 105a. A second metal outer tube 105b whose end is smaller than the end of the first metal outer tube 105b and a first metal outer tube whose end is fitted and welded to the other end of the first metal outer tube 105a. A third metal outer tube 105c having a tube diameter smaller than that of the end of 105a is provided. Further, the casing 105 is made of a second fluid inlet 106, an inlet conduit 122 connecting the inlet 106 and the first metal outer pipe 105a, a second fluid outlet 107, and an outlet 107 and the first metal. An outlet conduit 123 for connecting the outer pipe 105a is provided.

熱交換器100においては、ケーシング105は、第一の金属製外管105aと第二の金属製外管105bが嵌合溶接されることによって形成された段部108b、及び、第一の金属製外管105aと第三の金属製外管105cが嵌合溶接されることによって形成された段部108cがそれぞれケーシング105の内側面における段部108を構成している。図1中、第一の金属製外管105aと第二の金属製外管105bが嵌合溶接された箇所(嵌合溶接部)を103bで示し、第一の金属製外管105aと第三の金属製外管105cが嵌合溶接された箇所(嵌合溶接部)を103cで示している。段部108bは第二の金属製外管105bの肉厚に対応する段差を有し、段部108cは第三の金属製外管105cの肉厚に対応する段差を有する。第二の流体の流路は、これらの段差に対応する流路高さを有する。 In the heat exchanger 100, the casing 105 is made of a step portion 108b formed by fitting and welding a first metal outer pipe 105a and a second metal outer pipe 105b, and a first metal. The stepped portion 108c formed by fitting and welding the outer pipe 105a and the third metal outer pipe 105c each constitutes the stepped portion 108 on the inner side surface of the casing 105. In FIG. 1, a portion (fitting welded portion) where the first metal outer pipe 105a and the second metal outer pipe 105b are fitted and welded is indicated by 103b, and the first metal outer pipe 105a and the third are shown. The portion (fitting welded portion) where the metal outer pipe 105c of the above is fitted and welded is indicated by 103c. The step portion 108b has a step corresponding to the wall thickness of the second metal outer pipe 105b, and the step portion 108c has a step corresponding to the wall thickness of the third metal outer pipe 105c. The flow path of the second fluid has a flow path height corresponding to these steps.

本明細書において、第二の流体の「流路高さ」は、柱状ハニカム構造体101の中心軸を通り、軸方向(セルの延びる方向)に平行な断面において、金属製内管102の外周側面とケーシング105の内周側面の間の当該軸方向に垂直な距離を指す。 In the present specification, the "flow path height" of the second fluid passes through the central axis of the columnar honeycomb structure 101 and has a cross section parallel to the axial direction (direction in which the cell extends), and the outer circumference of the metal inner tube 102. Refers to the distance perpendicular to the axial direction between the side surface and the inner peripheral side surface of the casing 105.

嵌合溶接部103b、103cはそれぞれ第一の金属製外管105aの軸方向に垂直な方向にその内側面に沿って周回状に連続的に形成し、第一の金属製外管105aと第二の金属製外管105bの間、及び、第一の金属製外管105aと第三の金属製外管105cの間に隙間が生じないようにすることが、ケーシング105から第二の流体が漏洩するのを防止する観点で望ましい。溶接箇所を周回状に形成することでケーシングの構造強度の改善も図ることができる。 The fitting welded portions 103b and 103c are formed continuously in a circumferential direction along the inner side surface in a direction perpendicular to the axial direction of the first metal outer pipe 105a, respectively, and the first metal outer pipe 105a and the first metal outer pipe 105a are formed. The second fluid from the casing 105 can be prevented from forming a gap between the second metal outer pipe 105b and between the first metal outer pipe 105a and the third metal outer pipe 105c. It is desirable from the viewpoint of preventing leakage. By forming the welded portion in a circular shape, the structural strength of the casing can be improved.

このようなケーシング105の構造は、ストレート管を塑性加工することによっても製造することは可能であるが、その場合、段部108において減肉が発生しやすく構造強度が低下するという問題、ストレート管の肉厚が厚い場合に塑性加工が困難であるという問題、塑性加工特有のスプリングバックの問題などが生じることにより、設計自由度が減少してしまう。また、ストレート管を塑性加工することによって製造した場合、複雑な形状で高価な金型を製作する必要があったり、塑性加工の際に高価な加工機が必要となる可能性があったりするため、高コストとなり製作リードタイムも長くなりやすい。これに対して、段部108を嵌合溶接等の接合により形成する場合にはこうした問題は生じることがない。 Such a structure of the casing 105 can also be manufactured by plastic working a straight pipe, but in that case, there is a problem that wall thinning is likely to occur in the stepped portion 108 and the structural strength is lowered. The degree of freedom in design is reduced due to the problem that plastic working is difficult when the wall thickness is thick, and the problem of springback peculiar to plastic working. In addition, when a straight pipe is manufactured by plastic working, it may be necessary to manufacture an expensive mold with a complicated shape, or an expensive processing machine may be required for plastic working. The cost is high and the production lead time tends to be long. On the other hand, when the step portion 108 is formed by joining such as fitting welding, such a problem does not occur.

熱交換器100においては、第一の金属製外管105aの内側面と金属製内管102の外周側面との間に第二の流体の流路110が形成されている。第二の流体は、入口106から入口導管122を通ってケーシング105内に流入する。次いで、第二の流体は流路110を通る間に金属製内管102の外周側面を介してハニカム構造体101のセルを流れる第一の流体と熱交換された後、出口導管123を通って出口107から流出する。なお、金属製内管102の外周側面は伝熱効率を調整するための部材によって被覆されていてもよい。第二の流体には特に制限はないが、熱交換器が、自動車に搭載される熱交換器として用いられる場合には、第二の流体は、水又は不凍液(JIS K2234:2006で規定されるLLC)であることが好ましい。第一の流体及び第二の流体の温度に関しては、第一の流体の温度>第二の流体の温度である事が好ましい。その理由としては、金属製内管102が低温で膨張せず、ハニカム構造体101がより高温で膨張する事で、両者の嵌合が緩み難い条件となるためである。特に、ハニカム構造体101と金属製内管102の嵌合が焼き嵌めの場合、嵌合が緩み、ハニカム構造体が抜け落ちるリスクを最小限にする事が出来る。 In the heat exchanger 100, a second fluid flow path 110 is formed between the inner side surface of the first metal outer pipe 105a and the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102. The second fluid flows from the inlet 106 through the inlet conduit 122 into the casing 105. The second fluid is then heat exchanged with the first fluid flowing through the cells of the honeycomb structure 101 through the outer peripheral side surfaces of the metal inner tube 102 while passing through the flow path 110, and then through the outlet conduit 123. It flows out from the exit 107. The outer peripheral side surface of the metal inner tube 102 may be covered with a member for adjusting the heat transfer efficiency. The second fluid is not particularly limited, but when the heat exchanger is used as a heat exchanger mounted on an automobile, the second fluid is specified by water or antifreeze (JIS K2234: 2006). LLC) is preferable. Regarding the temperatures of the first fluid and the second fluid, it is preferable that the temperature of the first fluid> the temperature of the second fluid. The reason is that the metal inner tube 102 does not expand at a low temperature and the honeycomb structure 101 expands at a higher temperature, which makes it difficult for the two to loosen. In particular, when the fitting of the honeycomb structure 101 and the metal inner pipe 102 is shrink fitting, the risk of loosening the fitting and the honeycomb structure falling off can be minimized.

熱交換器100においては、入口導管122は金属製内管102を挟んで出口導管123と反対側に取付けられているが、入口導管122及び出口導管123の取付位置に特に制限はなく、熱交換器100の設置場所、配管位置、熱交換効率を考慮して軸方向及び外周方向に適宜変更可能である。 In the heat exchanger 100, the inlet conduit 122 is attached to the side opposite to the outlet conduit 123 with the metal inner pipe 102 interposed therebetween, but the attachment positions of the inlet conduit 122 and the outlet conduit 123 are not particularly limited, and heat exchange occurs. The axial direction and the outer peripheral direction can be appropriately changed in consideration of the installation location of the vessel 100, the piping position, and the heat exchange efficiency.

熱交換器100においては、第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cの内側面(すなわち、ケーシング105の内側面)が金属製内管102の外周側面と嵌合している。第二の流体が外部に漏れないように、金属製内管102の軸方向(セルの延びる方向)の両端部における外周側面がケーシング105の内側面と周回状に密接した構造を有することが好ましい。金属製内管102の外周側面とケーシング105の内側面を密接させる方法には特に制限はないが、溶接、拡散接合、ろう付け、機械的な締結等が挙げられる。これらの中でも耐久信頼性が高く、構造強度の改善も図ることができるという理由により溶接が好ましい。ケーシング105と金属製内管102の嵌合箇所を溶接する場合、溶接工程をケーシング105に上述した段部を形成するための嵌合溶接と合わせて実施することができるので、組み付け工数を削減できるという利点がある。 In the heat exchanger 100, the inner side surface of the second metal outer tube 105b and the third metal outer tube 105c (that is, the inner side surface of the casing 105) is fitted with the outer peripheral side surface of the metal inner tube 102. There is. In order to prevent the second fluid from leaking to the outside, it is preferable that the outer peripheral side surfaces at both ends of the metal inner pipe 102 in the axial direction (the direction in which the cell extends) have a structure in which the outer peripheral side surfaces are in close contact with the inner side surface of the casing 105 in a circumferential shape. .. The method of bringing the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102 into close contact with the inner side surface of the casing 105 is not particularly limited, and examples thereof include welding, diffusion joining, brazing, and mechanical fastening. Among these, welding is preferable because it has high durability and reliability and can improve the structural strength. When the fitting portion of the casing 105 and the metal inner pipe 102 is welded, the welding process can be performed in combination with the fitting welding for forming the step portion described above on the casing 105, so that the assembly manpower can be reduced. There is an advantage.

また、ケーシング105が二つ以上の部品で構成されていることで、ケーシング105と金属製内管102の嵌合箇所を溶接するのも容易である。例えば、第一の実施形態においては、金属製内管102の外周側面に第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cの内側面を嵌合溶接した後、第一の金属製外管105aを組み付けることができるので、溶接箇所へのアクセスが容易であり、且つ、溶接箇所の視認性が高い状態で作業を行うことができる。 Further, since the casing 105 is composed of two or more parts, it is easy to weld the fitting portion between the casing 105 and the metal inner pipe 102. For example, in the first embodiment, after fitting and welding the inner side surfaces of the second metal outer pipe 105b and the third metal outer pipe 105c to the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102, the first metal Since the outer pipe 105a can be assembled, the work can be performed in a state where the access to the welded portion is easy and the visibility of the welded portion is high.

ケーシング105が単一部品で構成されている場合、ケーシング105の中央内部まで金属製内管102を挿入させる必要があるが、このときに挿入抵抗が大きくなって作業効率を低下させる場合がある。しかしながら、第一の実施形態においては、金属製内管102の両端を第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cの端部にそれぞれ僅かに挿入すれば足りるので、作業性が高い。加えて、ケーシング105が単一部品で構成されている場合、ハイドロフォーミング、プレス加工等の塑性加工時の残留応力が影響し、スプリングバックする(縮管した場合は拡管する方向に加工後に変形する)可能性があるため、形状精度が悪化する(結果として、嵌合せ寸法が悪化し、溶接部分の構造強度が低下する)。また、ハイドロフォーミング、プレス加工等の拡縮の塑性加工をした際に拡縮テーパー部が減肉し、その部分で耐腐食性が悪化する。しかしながら、第一の実施形態においては、上記塑性加工を行わない部材で構成されるため、上記懸念が生じない。 When the casing 105 is composed of a single component, it is necessary to insert the metal inner pipe 102 to the inside of the center of the casing 105, but at this time, the insertion resistance may increase and the work efficiency may decrease. However, in the first embodiment, it is sufficient to slightly insert both ends of the metal inner pipe 102 into the ends of the second metal outer pipe 105b and the third metal outer pipe 105c, so that workability is sufficient. Is high. In addition, when the casing 105 is composed of a single part, residual stress during plastic working such as hydroforming and press working affects and springs back (in the case of contracted pipe, it deforms after machining in the direction of expanding the pipe). ) Therefore, the shape accuracy deteriorates (as a result, the fitting size deteriorates and the structural strength of the welded portion decreases). Further, when plastic working of expansion / contraction such as hydroforming or press working is performed, the expansion / contraction taper portion is thinned, and the corrosion resistance is deteriorated at that portion. However, in the first embodiment, since it is composed of the members that are not subjected to the plastic working, the above concern does not occur.

ケーシング105は金属製であるため熱伝導性に優れており、製造性にも優れている。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、安価で耐久信頼性が高いという理由により、ステンレスが好ましい。 Since the casing 105 is made of metal, it has excellent thermal conductivity and is also excellent in manufacturability. As the metal, for example, stainless steel, titanium alloy, copper alloy, aluminum alloy, brass and the like can be used, and stainless steel is preferable because it is inexpensive and has high durability and reliability.

ケーシング105の肉厚は、耐久信頼性の理由により0.1mm以上が好ましく、0.5mm以上がより好ましく、1mm以上が更により好ましい。ケーシング105の肉厚は、コスト、体積、重量などの観点から、10mm以下が好ましく、5mm以下がより好ましく、3mm以下が更により好ましい。 The wall thickness of the casing 105 is preferably 0.1 mm or more, more preferably 0.5 mm or more, and even more preferably 1 mm or more for the reason of durability and reliability. The wall thickness of the casing 105 is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less, still more preferably 3 mm or less, from the viewpoint of cost, volume, weight and the like.

本発明においては、ケーシング105を一体成形品で提供する必要がないため、ケーシングに対する設計自由度は高い。これによる利点を幾つかの実施形態を紹介しながら以下に説明する。 In the present invention, since it is not necessary to provide the casing 105 as an integrally molded product, the degree of freedom in designing the casing is high. The advantages of this will be described below, introducing some embodiments.

(a)厚肉化
ストレート管は、その肉厚が厚くなると塑性加工が難しくなるが、本発明においては、ケーシング105が二本以上の金属製外管で構成可能であることから、ケーシング105の肉厚は塑性加工性を気にすることなく大きくすることが可能となる。例えば、第一の金属製外管105a、第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cの肉厚をそれぞれ1.0mm以上、更には2.0mm以上とすることが可能である。加えて、第一の金属製外管105aのみ肉厚を厚くする、といった部分的に肉厚を上げることも可能である。これにより重量UPを最小限に抑えつつ、腐食が懸念される部分のみ厚みを上げ、耐腐食性を向上させることが可能である。また、ケーシング105を厚肉化することにより、構造強度を改善することが可能となる。また、ケーシング105を厚肉化することにより、形状精度の向上や耐腐食性の向上といった利点も得られる。
(A) Thickened straight pipe becomes difficult to plastically work as the wall thickness becomes thicker. However, in the present invention, since the casing 105 can be composed of two or more metal outer pipes, the casing 105 The wall thickness can be increased without worrying about plastic workability. For example, the wall thickness of the first metal outer tube 105a, the second metal outer tube 105b, and the third metal outer tube 105c can be 1.0 mm or more, and further 2.0 mm or more, respectively. is there. In addition, it is also possible to partially increase the wall thickness, such as increasing the wall thickness only for the first metal outer tube 105a. As a result, it is possible to increase the thickness of only the portion where corrosion is a concern and improve the corrosion resistance while minimizing the weight increase. Further, by thickening the casing 105, it is possible to improve the structural strength. Further, by increasing the thickness of the casing 105, advantages such as improvement in shape accuracy and improvement in corrosion resistance can be obtained.

(b)異種材料の使用
また、本発明においては、ケーシング105が二本以上の金属製外管で構成されていることから、これらのうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成を有するように構成することが可能である。これにより、例えば二本以上の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる引張強さ、線膨張係数、熱伝導率、耐食性、比重、及び比熱から選択される少なくとも一つの特性を有することが可能となる。
(B) Use of dissimilar materials Further, in the present invention, since the casing 105 is composed of two or more metal outer tubes, at least one of them has a material composition different from that of other metal outer tubes. It can be configured to have. Thereby, for example, at least one of two or more metal outer tubes is selected from tensile strength, linear expansion coefficient, thermal conductivity, corrosion resistance, specific gravity, and specific heat different from those of other metal outer tubes. It is possible to have two characteristics.

少なくとも一本の金属製外管の引張強さを他の金属製外管と異なるようにすることは、例えば、引張強さが他の金属製外管に比べて高い金属製外管を使用することで何れか一本以上の金属製外管を薄くし軽量化できる点で有利である。また、これとは逆に、引張強さが他の金属製外管に比べて低い金属製外管を使用することで、金属製外管に後述する蛇腹構造など流路高さを変化させるための塑性加工をしやすくなるという利点が得られる。引張強さはJIS Z2241:2011に従って測定される値を指す。 To make the tensile strength of at least one metal outer tube different from that of other metal outer tubes, for example, use a metal outer tube having a higher tensile strength than other metal outer tubes. This is advantageous in that one or more metal outer tubes can be made thinner and lighter. On the contrary, by using a metal outer pipe whose tensile strength is lower than that of other metal outer pipes, the height of the flow path such as the bellows structure described later is changed for the metal outer pipe. The advantage is that it becomes easier to perform plastic working. Tensile strength refers to the value measured according to JIS Z2241: 2011.

少なくとも一本の金属製外管の線膨張係数を他の金属製外管と異なるようにすることは、他の金属製外管と又は金属製内管等の周辺部材との歪みを抑制する場合に有効である。線膨張係数はJIS Z2285:2003に従って測定される0℃から1000℃まで変化させたときの線膨張係数を指す。 Making the coefficient of linear expansion of at least one metal outer tube different from that of other metal outer tubes suppresses distortion between the other metal outer tube and peripheral members such as the metal inner tube. It is effective for. The coefficient of linear expansion refers to the coefficient of linear expansion when changed from 0 ° C. to 1000 ° C. measured according to JIS Z2285: 2003.

少なくとも一本の金属製外管の熱伝導率を他の金属製外管と異なるようにすることは、一部の金属製外管について熱回収効率の過渡応答性を上げる、又は、高温環境下に晒された際に熱衝撃を緩和させたい場合に有効である。熱伝導率は、25℃においてレーザーフラッシュ法(JIS R1611−1997)により測定される値を指す。熱回収効率の過渡応答性とは、時間経過に対する熱回収効率の応答性の速さを指し、高い方が好ましい。過渡応答性が高い方が好ましい理由としては、例えば自動車排ガスから熱を回収する熱交換器の場合、過渡応答性が高いと、エンジンを始動した(排ガス温度が高温となった)直後に排熱回収出来ることで早期暖機が可能となり、燃費改善の効果も大きくなるというメリットがあるためである。 Making the thermal conductivity of at least one metal outer tube different from that of other metal outer tubes increases the transient response of the heat recovery efficiency of some metal outer tubes, or in a high temperature environment. It is effective when you want to reduce the thermal shock when exposed to. Thermal conductivity refers to the value measured by the laser flash method (JIS R1611-1997) at 25 ° C. The transient responsiveness of the heat recovery efficiency refers to the speed of the responsiveness of the heat recovery efficiency with respect to the passage of time, and a higher value is preferable. The reason why high transient responsiveness is preferable is that, for example, in the case of a heat exchanger that recovers heat from automobile exhaust gas, if the transient responsiveness is high, exhaust heat is exhausted immediately after the engine is started (the exhaust gas temperature becomes high). This is because the recovery enables early warm-up and has the advantage of increasing the effect of improving fuel efficiency.

例えば、第一の実施形態において、第一の金属製外管105aの材料組成を、第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cの材料組成と異なるようにすることができる。この場合、第一の金属製外管105aの材料組成を第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cよりも耐食性の高い材料とすることで、コストUPを最小限に抑えつつ耐腐食性を向上出来るという利点が得られる。また、第一の金属製外管105aの材料組成を第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cより低比重及び/又は比熱の小さな材料組成とすることで、熱回収効率の過渡応答性を改善することが可能となる。すなわち、第二の流体からの熱量が第一の金属製外管105aに奪われ、また、金属製外管105aから外気中に放熱されるのを抑制することが可能となる。このように、第一の金属製外管105aのみ材料組成を低比重及び/又は比熱の小さな材料にすることで、第一、第二、第三の金属製外管をすべての材料をそのような材料に変える場合に比べ、コストUPや耐腐食性の悪化、加工性の悪化を最小限に抑えることが出来るという利点が得られる。 For example, in the first embodiment, the material composition of the first metal outer tube 105a can be made different from the material composition of the second metal outer tube 105b and the third metal outer tube 105c. .. In this case, the material composition of the first metal outer tube 105a is made of a material having higher corrosion resistance than the second metal outer tube 105b and the third metal outer tube 105c, thereby minimizing the cost increase. At the same time, there is an advantage that corrosion resistance can be improved. Further, the material composition of the first metal outer tube 105a is set to a material composition having a lower specific gravity and / or a smaller specific heat than the second metal outer tube 105b and the third metal outer tube 105c, thereby achieving heat recovery efficiency. It is possible to improve the transient response of. That is, it is possible to prevent the amount of heat from the second fluid from being taken away by the first metal outer pipe 105a and being dissipated from the metal outer pipe 105a into the outside air. In this way, by making the material composition of only the first metal outer tube 105a a material with low specific gravity and / or specific heat, the first, second, and third metal outer tubes are made of all materials so. Compared with the case of changing to a simple material, there is an advantage that the cost is increased, the deterioration of corrosion resistance and the deterioration of workability can be minimized.

(c)異なる肉厚の採用
本発明においては、ケーシング105が二本以上の金属製外管で構成されていることから、少なくとも一本が他の金属製外管と異なる肉厚を有するように構成することが容易に可能である。図4には本発明の第二の実施形態に係る熱交換器200が示されている。第一の実施形態に係る熱交換器100の説明の中で登場した符号と同一の符号を有する構成要素は第一の実施形態に係る熱交換器100と同一であるので、その説明を省略する。以降の実施形態についても同様である。
(C) Adoption of different wall thickness In the present invention, since the casing 105 is composed of two or more metal outer pipes, at least one of them has a wall thickness different from that of other metal outer pipes. It is easily possible to configure. FIG. 4 shows the heat exchanger 200 according to the second embodiment of the present invention. Since the components having the same reference numerals as those appearing in the description of the heat exchanger 100 according to the first embodiment are the same as those of the heat exchanger 100 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted. .. The same applies to the subsequent embodiments.

熱交換器200においては、第一の金属製外管105aの肉厚が、第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cの肉厚よりも薄い。第一の金属製外管105aの肉厚を薄くすることで、熱容量が低減するので、熱回収効率の過渡応答性を改善することが可能となる。すなわち、第一の流体からの熱量が第一の金属製外管105aに奪われ、また、金属製外管105aから外気中に放熱されるのを抑制することで、より多くの熱量を第二の流体に伝達することが可能となる。これとは逆に、第一の金属製外管105aの肉厚を、第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cの肉厚よりも厚くすることもできる。第一の金属製外管105a、第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cのすべての肉厚を薄くするとケーシング105の構造強度が全体的に弱くなるが、第一の金属製外管105aのみを部分的に厚肉化することで、構造強度と熱回収効率のバランスを取ることが可能となる。 In the heat exchanger 200, the wall thickness of the first metal outer tube 105a is thinner than the wall thickness of the second metal outer tube 105b and the third metal outer tube 105c. By reducing the wall thickness of the first metal outer tube 105a, the heat capacity is reduced, so that the transient response of the heat recovery efficiency can be improved. That is, by suppressing the amount of heat from the first fluid being taken away by the first metal outer tube 105a and being dissipated from the metal outer tube 105a into the outside air, a larger amount of heat can be seconded. It becomes possible to transmit to the fluid of. On the contrary, the wall thickness of the first metal outer tube 105a can be made thicker than the wall thickness of the second metal outer tube 105b and the third metal outer tube 105c. If all the wall thicknesses of the first metal outer pipe 105a, the second metal outer pipe 105b, and the third metal outer pipe 105c are reduced, the structural strength of the casing 105 is weakened as a whole, but the first By partially thickening only the metal outer tube 105a, it is possible to balance the structural strength and the heat recovery efficiency.

(d)ケーシング内側面の部分的な変更
本発明においては、第二の流体の乱流化を促進するため、流路高さが変化する部位を第二の流体の流路内に有してもよい。流路高さが変化する部位は、例えば、第二の流体の流路を形成するケーシングの内側面、及び/又は、第二の流体の流路を形成する金属製内管の外周側面に、一箇所又は二箇所以上の凹部、一箇所又は二箇所以上の凸部、或いはこれらの組み合わせを付与することにより形成可能である。流路高さが変化する部位は、ケーシング及び/又は金属製内管が蛇腹状であることにより形成することもできる。更に、流路高さが変化する部位は、少なくとも接合部分の内径が異なる金属製外管の端部同士が接合されることによって形成された一箇所又は二箇所以上の前記段部により形成することができる。
(D) Partial change of the inner surface of the casing In the present invention, in order to promote the turbulence of the second fluid, a portion where the flow path height changes is provided in the flow path of the second fluid. May be good. The portion where the flow path height changes is, for example, on the inner side surface of the casing forming the second fluid flow path and / or on the outer peripheral side surface of the metal inner pipe forming the second fluid flow path. It can be formed by imparting one or more concave portions, one or two or more convex portions, or a combination thereof. The portion where the flow path height changes can also be formed by the bellows shape of the casing and / or the metal inner pipe. Further, the portion where the flow path height changes shall be formed by at least one or two or more of the above-mentioned steps formed by joining the ends of the metal outer pipes having different inner diameters of the joint portion. Can be done.

図5には発明の第三の実施形態に係る熱交換器300が示されている。熱交換器300においては、金属製内管102の外周側面との間に第二の流体の流路を形成する第一の金属製外管105aが蛇腹状となっていることで、第二の流体の乱流化が促進されるので、熱回収効率の改善が期待できる。第一の金属製外管105aを蛇腹状にする方法としては、金属製外管としてコルゲート管を使用する方法が挙げられる。 FIG. 5 shows the heat exchanger 300 according to the third embodiment of the invention. In the heat exchanger 300, the first metal outer tube 105a forming the second fluid flow path between the metal inner tube 102 and the outer peripheral side surface has a bellows shape, so that the second is Since turbulence of the fluid is promoted, improvement in heat recovery efficiency can be expected. As a method of forming the first metal outer tube 105a into a bellows shape, a method of using a corrugated tube as the metal outer tube can be mentioned.

ケーシング105が二本以上の金属製外管で構成されていることから、第一の金属製外管105aの内側面が流路高さを変化させる部位を有する一方で、第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cはストレート管とすることが可能である。第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cとしてストレート管を採用することにより、金属製内管102と嵌合させたときに密接させやすいという利点が得られる。加えて、第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cをストレート管にすることで、材料のコストUPを最小限に抑えられ、第一の流体の圧力損失を悪化させることもない。 Since the casing 105 is composed of two or more metal outer pipes, the inner side surface of the first metal outer pipe 105a has a portion for changing the flow path height, while the second metal outer pipe The pipe 105b and the third metal outer pipe 105c can be straight pipes. By adopting a straight pipe as the second metal outer pipe 105b and the third metal outer pipe 105c, there is an advantage that it is easy to bring them into close contact with the metal inner pipe 102. In addition, by making the second metal outer pipe 105b and the third metal outer pipe 105c straight pipes, the cost increase of the material can be minimized and the pressure loss of the first fluid is exacerbated. Nor.

熱交換器300においては、第二の流体の入口106の位置は、第二の流体の出口107の位置からセルの延びる方向にずれている。このため、入口106から熱交換器300に流入した第二の流体は必ず第二の流体の流路110をセルの延びる方向に通った後に出口107から流出することになる。つまり、第二の流体の入口106から入った第二の流体は第一の金属製外管105aの内側面の付近で流れが乱れ、レイノルズ数が増加(乱流化)しやすい。結果、熱伝達率が増加し、熱回収効率を向上させることができる。 In the heat exchanger 300, the position of the inlet 106 of the second fluid is deviated from the position of the outlet 107 of the second fluid in the extending direction of the cell. Therefore, the second fluid flowing into the heat exchanger 300 from the inlet 106 always passes through the flow path 110 of the second fluid in the extending direction of the cell and then flows out from the outlet 107. That is, the flow of the second fluid entering from the inlet 106 of the second fluid is turbulent near the inner surface of the first metal outer pipe 105a, and the Reynolds number tends to increase (turbulent flow). As a result, the heat transfer coefficient can be increased and the heat recovery efficiency can be improved.

(e)段部を用いた乱流化
先述したように、本発明においては、ケーシング105は、少なくとも接合部分の内径が異なる二本以上の金属製外管が接合されることによって形成された一箇所又は二箇所以上の段部108を内側面に有する。第一の実施形態においては、当該段部108を利用して第二の流体の流路高さを確保していたが、これとは別に、段部108を利用して流路高さを変化させることで第二の流体の乱流化を促進することも可能である。
(E) Turbulence using a stepped portion As described above, in the present invention, the casing 105 is formed by joining two or more metal outer pipes having at least different inner diameters of the jointed portions. It has a portion or two or more step portions 108 on the inner surface. In the first embodiment, the step portion 108 is used to secure the flow path height of the second fluid, but separately, the step portion 108 is used to change the flow path height. It is also possible to promote the turbulence of the second fluid by allowing it to flow.

図6には発明の第四の実施形態に係る熱交換器400が示されている。熱交換器400においては、ケーシング105の内側面が流路高さを変化させる部位を有する。そして、当該部位は、ケーシング105の内側面に形成された嵌合溶接に起因する段部108により形成されたものであり、周回状に一箇所設けられている。流路高さを変化させる部位は一箇所に設けてもよいし、複数個所に設けてもよい。 FIG. 6 shows the heat exchanger 400 according to the fourth embodiment of the invention. In the heat exchanger 400, the inner side surface of the casing 105 has a portion for changing the flow path height. The portion is formed by a step portion 108 formed on the inner side surface of the casing 105 due to fitting welding, and is provided at one location in a circumferential shape. The parts for changing the height of the flow path may be provided at one place or at a plurality of places.

また、熱交換器400においては、ケーシング105は、縮径部105d1及び拡径部105d2を有する第一の金属製外管105dと、縮径部105e1及び拡径部105e2を有する第二の金属製外管105eとを備える。第一の金属製外管105d及び第二の金属製外管105eは共に拡径部(105d2、105e2)において端部を有し、これら端部同士が嵌合溶接されることによって形成された段部108が、ケーシング105の内側面における段部108を構成しており、これにより流路高さが変化する。 Further, in the heat exchanger 400, the casing 105 is made of a first metal outer tube 105d having a reduced diameter portion 105d1 and an enlarged diameter portion 105d2, and a second metal having a reduced diameter portion 105e1 and an enlarged diameter portion 105e2. It is provided with an outer tube 105e. Both the first metal outer pipe 105d and the second metal outer pipe 105e have an end portion in the enlarged diameter portion (105d2, 105e2), and a step formed by fitting and welding these end portions to each other. The portion 108 constitutes a stepped portion 108 on the inner surface of the casing 105, whereby the flow path height changes.

熱交換器400においては、第二の流体の入口106の位置は、第二の流体の出口107の位置からセルの延びる方向に段部108を挟んでずれている。このため、入口106から熱交換器400に流入した第二の流体は必ず段部108を通った後に出口107から流出することになる。つまり、第二の流体の入口106から入った第二の流体は段部108の付近で流れが乱れ、レイノルズ数が増加(乱流化)しやすい。結果、熱伝達率が増加し、熱回収効率を向上させることができる。 In the heat exchanger 400, the position of the inlet 106 of the second fluid is deviated from the position of the outlet 107 of the second fluid with the step portion 108 in the extending direction of the cell. Therefore, the second fluid that has flowed into the heat exchanger 400 from the inlet 106 always passes through the step portion 108 and then flows out from the outlet 107. That is, the flow of the second fluid entering from the inlet 106 of the second fluid is turbulent in the vicinity of the step portion 108, and the Reynolds number tends to increase (turbulent flow). As a result, the heat transfer coefficient can be increased and the heat recovery efficiency can be improved.

図6中、第一の金属製外管105dと第二の金属製外管105eが嵌合溶接された箇所(嵌合溶接部)を103aで示している。なお、縮径部及び拡径部を有する金属管はストレート管に拡管加工を施すことで作製可能である。拡管加工はハイドロフォーミング、プレス、スピニング等の塑性加工により実施可能である。 In FIG. 6, a portion (fitting welded portion) where the first metal outer pipe 105d and the second metal outer pipe 105e are fitted and welded is shown by 103a. A metal tube having a reduced diameter portion and an enlarged diameter portion can be manufactured by subjecting a straight tube to a tube expanding process. The tube expansion process can be performed by plastic working such as hydroforming, pressing, and spinning.

金属製内管102の外周側面と第一の金属製外管105d及び第二の金属製外管105eのそれぞれの拡径部の内側面との間には第二の流体の流路110が形成されており、第一及び第二の金属製外管のそれぞれの縮径部(105d1、105e1)の内側面が金属製内管102の外周側面と嵌合している。これにより、第二の流体の流路110がケーシング105の外部に漏れ出るのが防止される。 A second fluid flow path 110 is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102 and the inner side surface of each of the enlarged diameter portions of the first metal outer pipe 105d and the second metal outer pipe 105e. The inner side surface of each of the reduced diameter portions (105d1, 105e1) of the first and second metal outer pipes is fitted with the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102. This prevents the second fluid flow path 110 from leaking out of the casing 105.

図7には本発明の第五の実施形態に係る熱交換器500が示されている。熱交換器500においても、第二流体の流路高さが変化するようにケーシング105の内側面が構成されている。第五の実施形態においては、ケーシング105の内側面はセルの延びる方向に流路高さが狭まる部位109を周回状に一箇所有する。流路高さが狭まる部位109は一箇所に設けてもよいし、複数個所に設けてもよい。 FIG. 7 shows the heat exchanger 500 according to the fifth embodiment of the present invention. Also in the heat exchanger 500, the inner surface of the casing 105 is configured so that the flow path height of the second fluid changes. In the fifth embodiment, the inner surface of the casing 105 has one portion 109 in which the flow path height narrows in the extending direction of the cell in a circumferential shape. The portion 109 where the flow path height is narrowed may be provided at one location or at a plurality of locations.

熱交換器500においては、第二の流体の入口106及び出口107はセルの延びる方向にずれており、第二の流体の入口106及び出口107の間に流路高さが狭まる部位109が形成されている。これにより、入口106から熱交換器500に流入した第二の流体は必ず流路高さが狭まる部位109を通った後に出口107から流出することになる。つまり、第二の流体の入口106から入った第二の流体は流路高さが狭まる部位109の付近で流れが乱れ、レイノルズ数が増加(乱流化)しやすい。また、流路高さが狭まる部位では、流路高さが大きい部位に比べて流速が増加する。結果、熱伝達率が増加し、熱回収効率を向上させることができる。 In the heat exchanger 500, the inlet 106 and the outlet 107 of the second fluid are displaced in the extending direction of the cell, and a portion 109 in which the flow path height is narrowed is formed between the inlet 106 and the outlet 107 of the second fluid. Has been done. As a result, the second fluid that has flowed into the heat exchanger 500 from the inlet 106 always passes through the portion 109 where the flow path height is narrowed and then flows out from the outlet 107. That is, the flow of the second fluid entering from the inlet 106 of the second fluid is turbulent in the vicinity of the portion 109 where the flow path height is narrowed, and the Reynolds number tends to increase (turbulent flow). Further, in the portion where the flow path height is narrow, the flow velocity is increased as compared with the portion where the flow path height is large. As a result, the heat transfer coefficient can be increased and the heat recovery efficiency can be improved.

熱交換器500においては、ケーシング105は、第一縮径部105d1、拡径部105d2及び第二縮径部105d3を有する第一の金属製外管105dと、第一縮径部105e1、拡径部105e2及び第二縮径部105e3を有する第二の金属製外管105eとを備える。第一の金属製外管105d及び第二の金属製外管105eは共に第一縮径部(105d1、105e1)において端部を有し、これら端部同士が嵌合溶接されることによって形成された段部108が、ケーシング105の内側面における段部108を構成しており、これにより流路高さが狭まる。つまり、ケーシング105の内側面に形成された嵌合溶接に起因する段部108は、流路高さが狭まる部位109の一部を構成している。 In the heat exchanger 500, the casing 105 has a first metal outer tube 105d having a first diameter reduction portion 105d1, a diameter expansion portion 105d2, and a second diameter reduction portion 105d3, and a first diameter reduction portion 105e1 and a diameter expansion portion 105e1. It includes a second metal outer tube 105e having a portion 105e2 and a second reduced diameter portion 105e3. Both the first metal outer pipe 105d and the second metal outer pipe 105e have an end portion in the first reduced diameter portion (105d1, 105e1), and these ends are formed by fitting and welding. The stepped portion 108 constitutes the stepped portion 108 on the inner side surface of the casing 105, which narrows the flow path height. That is, the stepped portion 108 formed on the inner side surface of the casing 105 due to the fitting welding constitutes a part of the portion 109 in which the flow path height is narrowed.

図7中、第一の金属製外管105dと第二の金属製外管105eが嵌合溶接された箇所(嵌合溶接部)を103aで示している。なお、縮径部及び拡径部を有する金属管はストレート管に拡管加工を施すことで作製可能である。拡管加工はハイドロフォーミング、プレス、スピニング等の塑性加工により実施可能である。 In FIG. 7, a portion (fitting welded portion) where the first metal outer pipe 105d and the second metal outer pipe 105e are fitted and welded is shown by 103a. A metal tube having a reduced diameter portion and an enlarged diameter portion can be manufactured by subjecting a straight tube to a tube expanding process. The tube expansion process can be performed by plastic working such as hydroforming, pressing, and spinning.

金属製内管102の外周側面と第一の金属製外管105d及び第二の金属製外管105eのそれぞれの内側面との間には第二の流体の流路110が形成されており、第一及び第二の金属製外管のそれぞれの第二縮径部(105d3、105e3)の内側面が金属製内管102の外周側面と嵌合している。これにより、第二の流体の流路110がケーシング105の外部に漏れ出るのが防止される。 A second fluid flow path 110 is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102 and the inner side surfaces of the first metal outer pipe 105d and the second metal outer pipe 105e. The inner side surface of each of the second reduced diameter portions (105d3, 105e3) of the first and second metal outer pipes is fitted with the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102. This prevents the second fluid flow path 110 from leaking out of the casing 105.

流路高さが狭まる部位109の流路高さは低い方が、乱流化及び流速増加の促進により熱伝達率が増加して熱回収効率を向上できるというメリットが得られる。一方で、流路高さが狭まる部位109の流路高さは高い方が、通水抵抗が小さいというメリットが得られる。そこで、両方のバランスを考慮し、流路高さが狭まる部位における流路高さAと、前記流路高さが狭まる部位の第二の流体について上流側に隣接する部位の流路高さBと、前記流路高さが狭まる部位の第二の流体について下流側に隣接する部位の流路高さCとが、A<B×1/2、及び/又は、A<C×1/2を満たすことが好ましく、A<B×1/4、及び/又は、A<C×1/4を満たすことがより好ましい。 When the flow path height of the portion 109 where the flow path height is narrowed is low, there is an advantage that the heat transfer coefficient is increased by promoting turbulence and the increase in the flow velocity, and the heat recovery efficiency can be improved. On the other hand, the higher the flow path height of the portion 109 where the flow path height is narrowed, the smaller the water flow resistance can be obtained. Therefore, in consideration of the balance of both, the flow path height A in the portion where the flow path height is narrowed and the flow path height B in the portion adjacent to the upstream side of the second fluid in the portion where the flow path height is narrowed. And the flow path height C of the portion adjacent to the downstream side of the second fluid in the portion where the flow path height is narrowed are A <B × 1/2 and / or A <C × 1/2. It is preferable to satisfy, and it is more preferable to satisfy A <B × 1/4 and / or A <C × 1/4.

(f)乱流促進部材の追加
第二の流体の乱流化を促進するという観点では、ケーシング105の内側面及び/又は金属製内管102の外周側面の表面形状に改良をすることに代えて又はこれに加えて、第二の流体の流路110内に、第二の流体の乱流化を促進するための乱流促進部材124を配置することも有用である。
(F) Addition of turbulence promoting member From the viewpoint of promoting turbulence of the second fluid, instead of improving the surface shape of the inner side surface of the casing 105 and / or the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102. In addition to this, it is also useful to arrange the turbulence promoting member 124 for promoting the turbulence of the second fluid in the flow path 110 of the second fluid.

図8には本発明の第六の実施形態に係る熱交換器600が示されている。熱交換器600においては、金属製内管102の外周側面と第一の金属製外管105aの内側面の間に乱流促進部材124が配置されている。乱流促進部材124の具体例としては、コルゲートフィン、コルゲート管が挙げられる。乱流促進部材124は金属製内管102の外周側面に隣接して配置してもよいし、ケーシング105の内側面に隣接して配置してもよい。乱流促進部材124は金属製内管102の外周側面及びケーシング105の内側面の間に周回状に配置してもよい。また、乱流促進部材124は第一の流体の流れ方向と平行に、1個ではなく、分割して複数個配置されていても良い。そうすることで、乱流促進部材の配置箇所と配置されていない箇所との間でより乱流化が促進され、熱回収効率を向上できる。 FIG. 8 shows the heat exchanger 600 according to the sixth embodiment of the present invention. In the heat exchanger 600, the turbulence promoting member 124 is arranged between the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102 and the inner side surface of the first metal outer pipe 105a. Specific examples of the turbulence promoting member 124 include corrugated fins and corrugated pipes. The turbulence promoting member 124 may be arranged adjacent to the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102, or may be arranged adjacent to the inner side surface of the casing 105. The turbulence promoting member 124 may be arranged in a circumferential shape between the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102 and the inner side surface of the casing 105. Further, the turbulent flow promoting member 124 may be divided and arranged in parallel with the flow direction of the first fluid instead of one. By doing so, turbulence is further promoted between the place where the turbulent flow promoting member is arranged and the place where the turbulent flow promoting member is not arranged, and the heat recovery efficiency can be improved.

熱交換器600においては、第二の流体の入口106の位置は、第二の流体の出口107の位置からセルの延びる方向にずれている。このため、入口106から熱交換器600に流入した第二の流体は必ず第二の流体の流路110をセルの延びる方向に通った後に出口107から流出することになる。つまり、第二の流体の入口106から入った第二の流体は乱流促進部材124の付近で流れが乱れ、レイノルズ数が増加(乱流化)しやすい。結果、熱伝達率が増加し、熱回収効率を向上させることができる。 In the heat exchanger 600, the position of the inlet 106 of the second fluid is deviated from the position of the outlet 107 of the second fluid in the extending direction of the cell. Therefore, the second fluid flowing into the heat exchanger 600 from the inlet 106 always passes through the flow path 110 of the second fluid in the extending direction of the cell and then flows out from the outlet 107. That is, the flow of the second fluid entering from the inlet 106 of the second fluid is turbulent in the vicinity of the turbulent flow promoting member 124, and the Reynolds number tends to increase (turbulent flow). As a result, the heat transfer coefficient can be increased and the heat recovery efficiency can be improved.

<2 製造方法>
次に、本発明に係る熱交換器の製造方法を、第一の実施形態による熱交換器100を例にして説明する。但し、本発明の熱交換器を製造する方法は、以下に説明する製造方法に限定されることはない。
<2 Manufacturing method>
Next, the method of manufacturing the heat exchanger according to the present invention will be described by taking the heat exchanger 100 according to the first embodiment as an example. However, the method for manufacturing the heat exchanger of the present invention is not limited to the manufacturing method described below.

(2−1 ハニカム構造体の作製)
まず、セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出し、ハニカム成形体を作製する。ハニカム成形体の材料としては、前述のセラミックスを用いることができる。例えば、Si含浸SiC複合材料を主成分とするハニカム成形体を製造する場合、所定量のSiC粉末に、バインダーと、水又は有機溶媒とを加え、得られた混合物を混練し坏土とし、成形して所望形状のハニカム成形体を得ることができる。そして、得られたハニカム成形体を乾燥し、減圧の不活性ガス又は真空中で、ハニカム成形体中に金属Siを含浸焼成することによって、隔壁により区画形成された複数のセルを有するハニカム構造体101を得ることができる。
(2-1 Fabrication of honeycomb structure)
First, the clay containing the ceramic powder is extruded into a desired shape to prepare a honeycomb molded body. As the material of the honeycomb molded body, the above-mentioned ceramics can be used. For example, in the case of producing a honeycomb molded product containing a Si-impregnated SiC composite material as a main component, a binder and water or an organic solvent are added to a predetermined amount of SiC powder, and the obtained mixture is kneaded to form a clay. A honeycomb molded product having a desired shape can be obtained. Then, the obtained honeycomb molded body is dried, and the honeycomb molded body is impregnated with metal Si and fired in an inert gas under reduced pressure or in a vacuum to obtain a honeycomb structure having a plurality of cells partitioned by partition walls. 101 can be obtained.

(2−2 ハニカム構造体と金属製内管の嵌合)
次に、ハニカム構造体101を金属製内管102に挿入することにより、該ハニカム構造体101の外周側面を周回被覆する。この状態で、焼き嵌めすることで、金属製内管102の内周側面がハニカム構造体101の外周側面に嵌合する。なお、ハニカム構造体101と金属製内管102との嵌合は、先述したように、焼き嵌め以外に、すきま嵌め、締まり嵌めといった嵌め合いによる固定方法、更にはろう付け、溶接、拡散接合等により行うことができる。これにより、コア部品120が完成する。
(2-2 Fitting of honeycomb structure and metal inner tube)
Next, the honeycomb structure 101 is inserted into the metal inner pipe 102 to orbitally cover the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101. By shrink-fitting in this state, the inner peripheral side surface of the metal inner tube 102 is fitted to the outer peripheral side surface of the honeycomb structure 101. As described above, the honeycomb structure 101 and the metal inner pipe 102 can be fitted by a fixing method such as crevice fitting or tightening fitting, brazing, welding, diffusion joining, etc., in addition to shrink fitting. Can be done by As a result, the core component 120 is completed.

(2−3 ケーシングの取付け)
第一の実施形態に係る熱交換器100の場合、コア部品120の金属製内管102の両端部を第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cの端部と接合する。接合方法は先述した通り、嵌合を含む種々の方法がある。必要に応じて、接合箇所は溶接等により接合可能である。次いで、第一の金属製外管105aの一端の内側面と第二の金属製外管105bの端部の外側面を接合するとともに、第一の金属製外管105aの他端の内側面と第三の金属製外管105cの端部の外側面を接合することによって段部108b、108cを形成する。これにより、金属製内管102の外周側面を周回被覆するケーシング105が形成され、金属製内管102の外周側面とケーシング105の内側面との間に第二の流体の流路110が形成される。
(2-3 Casing installation)
In the case of the heat exchanger 100 according to the first embodiment, both ends of the metal inner pipe 102 of the core component 120 are joined to the ends of the second metal outer pipe 105b and the third metal outer pipe 105c. .. As described above, there are various joining methods including fitting. If necessary, the joints can be joined by welding or the like. Next, the inner surface of one end of the first metal outer tube 105a and the outer surface of the end of the second metal outer tube 105b are joined, and the inner surface of the other end of the first metal outer tube 105a is joined. Steps 108b and 108c are formed by joining the outer surfaces of the ends of the third metal outer tube 105c. As a result, the casing 105 that orbitably covers the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102 is formed, and the second fluid flow path 110 is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner pipe 102 and the inner side surface of the casing 105. Ru.

(2−4 入口導管及び出口導管の取付け)
第一の金属製外管105aの外側面に第二の流体が出入りするための貫通穴をそれぞれ必要な個数形成し、形成された入口用の貫通穴に入口導管122を、出口用の貫通穴に出口導管123を溶接、ろう付け等により接合することができる。なお、第一の金属製外管105aの外側面への入口導管122及び出口導管123の取付けは、第一の金属製外管105aを第二の金属製外管105b及び第三の金属製外管105cと嵌合させる前後の何れに実施してもよい。
(2-4 Installation of inlet and outlet conduits)
The required number of through holes for the second fluid to enter and exit is formed on the outer surface of the first metal outer pipe 105a, and the inlet conduit 122 is formed in the formed through holes for the inlet, and the through holes for the outlet are provided. The outlet conduit 123 can be joined by welding, brazing, or the like. To attach the inlet conduit 122 and the outlet conduit 123 to the outer surface of the first metal outer pipe 105a, the first metal outer pipe 105a is attached to the second metal outer pipe 105b and the third metal outer pipe. It may be carried out before or after fitting with the pipe 105c.

以上のような手順で、コア部品120にケーシング105が組み付けられた第一の実施形態に係る熱交換器100を製造することができる。他の実施形態に係る熱交換器についても同様の方法で製造可能である。 With the above procedure, the heat exchanger 100 according to the first embodiment in which the casing 105 is assembled to the core component 120 can be manufactured. The heat exchanger according to the other embodiment can be manufactured by the same method.

100、200、300、400、500 熱交換器
101 ハニカム構造体
102 金属製内管
103 嵌合溶接部
105 ケーシング
106 第二の流体の入口
107 第二の流体の出口
108 段部
109 流路高さが狭まる部位
110 第二の流体の流路
114 ハニカム構造体の第一の底面
116 ハニカム構造体の第二の底面
120 コア部品
122 入口導管
123 出口導管
124 乱流促進部材
100, 200, 300, 400, 500 Heat exchanger 101 Honeycomb structure 102 Metal inner pipe 103 Fitting weld 105 Casing 106 Second fluid inlet 107 Second fluid outlet 108 Step 109 Flow path height 110 Second fluid flow path 114 First bottom surface of honeycomb structure 116 Second bottom surface of honeycomb structure 120 Core parts 122 Inlet conduit 123 Outlet conduit 124 Turbulence promoting member

Claims (15)

セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の底面から第二の底面に貫通して第一の流体の流路を形成する複数のセルを外周側面の内側に有する柱状のハニカム構造体と、
ハニカム構造体の外周側面を周回被覆する金属製内管と、
第二の流体の入口及び出口を有する金属製のケーシングであって、金属製内管の外周側面とケーシングの内側面との間に第二の流体の流路が形成されるように、金属製内管の外周側面を周回被覆するケーシングと、
を備える熱交換器であり、
ケーシングは、第一の金属製外管と、第一の金属製外管に接合した第一の金属製外管よりも少なくとも接合部分の内径が小さな第二の金属製外管と、第一の金属製外管に接合した第一の金属製外管よりも少なくとも接合部分の内径が小さな第三の金属製外管とを備え、
第一の金属製外管と第二の金属製外管が接合されることによって形成された段部、及び、第一の金属製外管と第三の金属製外管が接合されることによって形成された段部がそれぞれケーシングの内側面における段部を構成しており、
第一の金属製外管の内側面が、ケーシングの内側面として金属製内管の外周側面との間に第二の流体の流路を形成しており、
第二及び第三の金属製外管がストレート管であり、共に金属製内管と接合している、
熱交換器。
A columnar honeycomb structure having a plurality of cells inside the outer peripheral side surface, which are partitioned by partition walls containing ceramics as the main component and penetrate from the first bottom surface to the second bottom surface to form a flow path for the first fluid. When,
A metal inner tube that orbits the outer peripheral side surface of the honeycomb structure,
A metal casing having a second fluid inlet and outlet, made of metal such that a second fluid flow path is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner tube and the inner surface of the casing. A casing that orbits the outer peripheral side surface of the inner tube,
Is a heat exchanger equipped with
The casing includes a first metal outer tube, a second metal outer tube having an inner diameter of at least a joint portion smaller than that of the first metal outer tube joined to the first metal outer tube, and a first one. It is provided with a third metal outer tube having at least an inner diameter of the joint portion smaller than that of the first metal outer tube joined to the metal outer tube.
By joining the first metal outer pipe and the second metal outer pipe to form a step portion, and by joining the first metal outer pipe and the third metal outer pipe. Each of the formed step portions constitutes a step portion on the inner side surface of the casing.
The inner surface of the first metal outer pipe forms a second fluid flow path between the inner side surface of the casing and the outer peripheral side surface of the metal inner pipe.
The second and third metal outer pipes are straight pipes, both of which are joined to the metal inner pipe.
Heat exchanger.
第一の金属製外管、第二の金属製外管及び第三の金属製外管のうち一本以上が他の金属製外管と厚みが異なる請求項1に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 1, wherein at least one of the first metal outer tube, the second metal outer tube, and the third metal outer tube has a thickness different from that of the other metal outer tube. 第一の金属製外管、第二の金属製外管及び第三の金属製外管のうち一本以上の金属製外管の肉厚は1.0mm以上である請求項1又は2に記載の熱交換器。 The wall thickness of one or more of the first metal outer tube, the second metal outer tube, and the third metal outer tube is 1.0 mm or more, according to claim 1 or 2. Heat exchanger. 第二及び第三の金属製外管が金属製内管と溶接又はろう付けにて接合されている請求項1〜3の何れか一項に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the second and third metal outer pipes are joined to the metal inner pipe by welding or brazing. 第一の金属製外管、第二の金属製外管及び第三の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成を有する請求項1〜の何れか一項に記載の熱交換器。 Any one of claims 1 to 4 , wherein at least one of the first metal outer tube, the second metal outer tube, and the third metal outer tube has a material composition different from that of the other metal outer tubes. The heat exchanger described in the section. 第一の金属製外管、第二の金属製外管及び第三の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成であり、引張強さが異なる請求項に記載の熱交換器。 Claim 5 in which at least one of the first metal outer tube, the second metal outer tube, and the third metal outer tube has a material composition different from that of the other metal outer tubes, and the tensile strength is different. The heat exchanger described in. 第一の金属製外管、第二の金属製外管及び第三の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成であり、線膨張係数が異なる請求項又はに記載の熱交換器。 Claim 5 in which at least one of the first metal outer tube, the second metal outer tube, and the third metal outer tube has a material composition different from that of the other metal outer tubes, and the linear expansion coefficient is different. Or the heat exchanger according to 6 . 第一の金属製外管、第二の金属製外管及び第三の金属製外管のうち少なくとも一本が他の金属製外管と異なる材料組成であり、熱伝導率が異なる請求項5〜7の何れか一項に記載の熱交換器。 Claim 5 in which at least one of the first metal outer tube, the second metal outer tube, and the third metal outer tube has a material composition different from that of the other metal outer tubes, and the thermal conductivity is different. The heat exchanger according to any one of 7 to 7 . 第二の流体の乱流化を促進するため、流路高さが変化する部位を第二流体の流路内に有する請求項1〜の何れか一項に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 8 , which has a portion in the flow path of the second fluid in which the height of the flow path changes in order to promote turbulence of the second fluid. 流路高さが変化する部位は、第一の金属製外管及び/又は金属製内管が蛇腹状であることにより形成されたものである請求項に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to claim 9 , wherein the portion where the flow path height changes is formed by forming the first metal outer tube and / or metal inner tube in a bellows shape. セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の底面から第二の底面に貫通して第一の流体の流路を形成する複数のセルを外周側面の内側に有する柱状のハニカム構造体と、
ハニカム構造体の外周側面を周回被覆する金属製内管と、
第二の流体の入口及び出口を有する金属製のケーシングであって、金属製内管の外周側面とケーシングの内側面との間に第二の流体の流路が形成されるように、金属製内管の外周側面を周回被覆するケーシングと、
を備える熱交換器であり、
ケーシングは、縮径部及び拡径部を有する第一の金属製外管と、縮径部及び拡径部を有する第二の金属製外管とを備え、
第一及び第二の金属製外管が接合されることによって形成された段部が、流路高さが変化する部位を構成しており、
金属製内管の外周側面と第一及び第二の金属製外管のそれぞれの内側面との間に第二の流体の流路が形成されており、
第一及び第二の金属製外管がそれぞれ金属製内管と接合している
交換器。
A columnar honeycomb structure having a plurality of cells inside the outer peripheral side surface, which are partitioned by partition walls containing ceramics as the main component and penetrate from the first bottom surface to the second bottom surface to form a flow path for the first fluid. When,
A metal inner tube that orbits the outer peripheral side surface of the honeycomb structure,
A metal casing having a second fluid inlet and outlet, made of metal such that a second fluid flow path is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner tube and the inner surface of the casing. A casing that orbits the outer peripheral side surface of the inner tube,
Is a heat exchanger equipped with
The casing includes a first metal outer tube having a reduced diameter portion and an enlarged diameter portion, and a second metal outer tube having a reduced diameter portion and an enlarged diameter portion.
Stepped portion formed by the first and second metallic outer tube is engaged against the constitutes a portion flow channel height is changed,
Flow path for the second fluid are formed between the outer side surface and first and second respective inner side surface of the metallic outer tube of the metal inner tube,
The first and second metal outer tubes are joined to the metal inner tubes, respectively .
Heat exchanger.
第一及び第二の金属製外管が共に拡径部において接合されることによって形成された段部が、流路高さが変化する部位を構成しており、The stepped portion formed by joining the first and second metal outer pipes together in the enlarged diameter portion constitutes a portion where the flow path height changes.
金属製内管の外周側面と第一及び第二の金属製外管のそれぞれの拡径部の内側面との間に第二の流体の流路が形成されている、A second fluid flow path is formed between the outer peripheral side surface of the metal inner pipe and the inner side surface of each of the enlarged diameter portions of the first and second metal outer pipes.
請求項11に記載の熱交換器。The heat exchanger according to claim 11.
第二の流体の入口及び出口はセルの延びる方向にずれており、
セルの延びる方向において、第二の流体の入口及び出口の間に流路高さが狭まる部位が一つ以上あり、
流路高さが狭まる部位の少なくとも一つは前記段部により形成されたものである請求項11に記載の熱交換器。
The inlet and outlet of the second fluid are offset in the direction of cell extension.
In the extending direction of the cell, there is one or more parts where the flow path height narrows between the inlet and outlet of the second fluid.
The heat exchanger according to claim 11 , wherein at least one of the portions where the flow path height is narrowed is formed by the step portion.
前記流路高さが狭まる部位における流路高さAと、前記流路高さが狭まる部位の第二の流体について上流側に隣接する部位の流路高さBと、前記流路高さが狭まる部位の第二の流体について下流側に隣接する部位の流路高さCとが、A<B×1/2、及び/又は、A<C×1/2を満たす請求項13に記載の熱交換器。 The flow path height A at the portion where the flow path height is narrowed, the flow path height B at the portion adjacent to the upstream side of the second fluid at the portion where the flow path height is narrowed, and the flow path height are The thirteenth aspect of claim 13 , wherein the flow path height C of the portion adjacent to the downstream side of the second fluid in the narrowing portion satisfies A <B × 1/2 and / or A <C × 1/2. Heat exchanger. 第二の流体の流路内に、第二の流体の乱流化を促進するための乱流促進部材が配置されている請求項1〜14の何れか一項に記載の熱交換器。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 14 , wherein a turbulence promoting member for promoting turbulence of the second fluid is arranged in the flow path of the second fluid.
JP2017056606A 2017-03-22 2017-03-22 Heat exchanger Active JP6793078B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017056606A JP6793078B2 (en) 2017-03-22 2017-03-22 Heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017056606A JP6793078B2 (en) 2017-03-22 2017-03-22 Heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018159503A JP2018159503A (en) 2018-10-11
JP6793078B2 true JP6793078B2 (en) 2020-12-02

Family

ID=63795019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017056606A Active JP6793078B2 (en) 2017-03-22 2017-03-22 Heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6793078B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112021000675T5 (en) * 2021-03-11 2023-12-07 Ngk Insulators, Ltd. HEAT EXCHANGE ELEMENT, HEAT EXCHANGER USING THE HEAT EXCHANGE ELEMENT, AND METHOD FOR MAKING THE HEAT EXCHANGE ELEMENT

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63154749U (en) * 1987-03-31 1988-10-11
JPH0665759U (en) * 1993-01-19 1994-09-16 石川島播磨重工業株式会社 Bayonet type heat exchanger
JP2008032296A (en) * 2006-07-27 2008-02-14 Teigu:Kk Heat exchanger
JP2012063108A (en) * 2010-09-17 2012-03-29 Hitachi Cable Ltd Double tube type subcooler
JP2014070826A (en) * 2012-09-28 2014-04-21 Ngk Insulators Ltd Heat exchange member and heat exchanger
WO2014148584A1 (en) * 2013-03-22 2014-09-25 日本碍子株式会社 Heat exchanger
DE112016002290T5 (en) * 2015-05-21 2018-03-01 Ngk Insulators, Ltd. Heat exchange component
JP2017015043A (en) * 2015-07-06 2017-01-19 カルソニックカンセイ株式会社 Exhaust heat recovery device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018159503A (en) 2018-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7166246B2 (en) Heat exchange member, heat exchanger and heat exchanger with purification means
JP4878287B2 (en) Heat exchanger
JP6006204B2 (en) HEAT EXCHANGE MEMBER, ITS MANUFACTURING METHOD, AND HEAT EXCHANGER
WO2021171670A1 (en) Heat exchanger
JP7250514B2 (en) Heat exchange member and heat exchanger
JP6854112B2 (en) Heat exchanger
US11719489B2 (en) Heat exchanger
JP2020159270A (en) Heat exchanger
US11353267B2 (en) Heat exchanger
JP6793078B2 (en) Heat exchanger
JP7046039B2 (en) Heat exchanger
JP7014759B2 (en) Heat exchanger and its manufacturing method
WO2021171668A1 (en) Heat exchanger
JP2005214029A (en) Exhaust pipe heat exchange structure of engine
WO2015081274A1 (en) Flattened envelope heat exchanger
JP6904154B2 (en) Heat exchanger
WO2021171715A1 (en) Flow channel structure for heat exchanger, and heat exchanger
JP2022124893A (en) Heat exchanger
JP2023140156A (en) Method for manufacturing heat conductive member, and heat exchanger
JP2022132034A (en) Heat exchange member, heat exchanger, and heat conduction member
JP2012255614A (en) Heat exchange member, and method for manufacturing the same
JP4753715B2 (en) Multi-tube heat exchanger for exhaust gas cooling system
US20240310125A1 (en) Honeycomb structure for heat exchanger and heat exchanger
US20240151311A1 (en) Butterfly valve and heat exhanger
JP2023132253A (en) Heat exchanger

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200818

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200819

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201002

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201020

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201109

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6793078

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150