CN118224918A - 热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热交换器，能够在热回收模式时抑制压力损失(流道阻力)的增大并提高热回收性能，在非热回收模式时提高隔热性能。热交换器(100)具备中空型的热回收构件(10)、第一外筒构件(20)、第一内筒构件(30)以及第二内筒构件(40)。第二内筒构件(40)的流出口(41b)的内径比第一内筒构件(30)的流入口(31a)的内径小。在以第一流体的流动方向(D1)为基准的情况下，从第二内筒构件(40)的流出口(41b)到与空间区域(R1)的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度(L2)相对于形成在热回收构件(10)的流入端面(13a)的上游侧的第一外筒构件(20)与第二内筒构件(40)之间的空间区域(R1)的流动方向长度(L1)的比率L2/L1为0.05～0.95。
Description
技术领域
本发明涉及一种热交换器。
背景技术
近年来，一直存在着改善汽车油耗的需求。特别是，为了防止发动机启动时等发动机冷却时的油耗恶化，人们期待一种将冷却水、发动机油、自动变速器油(ATF：AutomaticTransmission Fluid)等提前加热而降低摩擦(Friction)损失的***。另外，为了使废气净化用催化剂早期活化，期待对催化剂进行加热的***。
作为如上所述的***，例如有热交换器。热交换器是通过使第一流体在内部流通并且使第二流体在外部流通而在第一流体与第二流体之间进行热交换的装置。在这样的热交换器中，通过从高温的流体(例如废气等)向低温的流体(例如冷却水等)进行热交换，能够有效利用热。
从适当的热管理的观点出发，热交换器优选具有切换回收热的模式(以下，称为“热回收模式”)和不回收热的模式(以下，称为“非热回收模式”)的功能。另外，非热回收模式一般在暖气结束时应用。
作为能够进行热回收模式与非热回收模式的切换的热交换器，已知有具备与废气进行热交换的热交换部和供废气绕过热交换部的旁通路径的热交换器(例如，专利文献1)。
另外，从汽车的搭载空间的观点出发，优选较小型的热交换器，因此还已知具有在筒状构件的外周设置有热交换部的结构的热交换器(例如，专利文献2及3)。
进而，本申请人在专利文献4中提出了能够在热回收模式时抑制对压力损失(流道阻力)的影响并提高热回收性能、在非热回收模式时提高隔热性能的热交换器的构造。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/140068号
专利文献2：日本特开2020-84860号公报
专利文献3：日本专利第6761424号公报
专利文献4：日本特开2020-159270号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献4所记载的热交换器中，在中空型的柱状蜂窝结构体的轴向上，第二内筒构件(第二内筒)的流出口位于比中空型的柱状蜂窝结构体的流入端面更靠流出端面侧。因此，在热回收模式时，流入第二内筒构件的第一流体(废气)的流动向相反侧折返，无法充分抑制压力损失(流道阻力)的增大。压力损失的增大给热交换器内带来较大的负荷，根据情况也有可能导致热交换器的破损、破裂。
本发明是为了解决上述的课题而完成的，其课题在于提供一种能够在热回收模式时抑制压力损失(流道阻力)的增大并提高热回收性能，在非热回收模式时提高隔热性能的热交换器。
用于解决课题的方案
本发明人等基于专利文献4中记载的热交换器的结构，对其结构进行了进一步的研究，结果发现，通过将第二内筒构件的流出口配置在特定的位置，能够解决上述课题，从而完成了本发明。本发明如下面例子所示。
(1)一种热交换器，其具备：
中空型的热回收构件，其在轴向上具有内周面及外周面，并在与轴向垂直的方向上具有第一流体的流入端面及流出端面；
第一外筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并与所述热回收构件的所述外周面嵌合；
第一内筒构件，其为具有所述第一流体的流入口及流出口并与所述热回收构件的所述内周面嵌合的第一内筒构件，且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，所述流入口位于所述热回收构件的所述流入端面与所述流出端面之间；以及
第二内筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，所述流出口位于比所述热回收构件的所述流入端面靠上游侧，所述第二内筒构件具有以构成所述第一流体的流道的方式隔开间隔地配置在所述第一外筒构件的径向内侧的部分，
所述第二内筒构件的所述流出口的内径比所述第一内筒构件的所述流入口的内径小，
在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，L2相对于L1的比率L2/L1为0.05～0.95，其中，L1为形成在所述热回收构件的所述流入端面的上游侧的所述第一外筒构件与所述第二内筒构件之间的空间区域的流动方向长度，L2为从所述第二内筒构件的所述流出口到与所述空间区域的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度。
(2)根据(1)所述的热交换器，还具备环状构件，该环状构件以构成所述第一流体的流道的方式对所述第一外筒构件的所述流入口侧与所述第二内筒构件之间进行连接。
(3)一种热交换器，其特征在于，具备：
中空型的热回收构件，其在轴向上具有内周面及外周面，并在与轴向垂直的方向上具有第一流体的流入端面及流出端面；
第一外筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并与所述热回收构件的所述外周面嵌合；
第一内筒构件，其为具有所述第一流体的流入口及流出口并与所述热回收构件的所述内周面嵌合的第一内筒构件，且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，在比所述热回收构件的所述流入端面靠上游侧设置有用于向所述热回收构件的所述流入端面导入所述第一流体的贯通孔；以及
第二内筒构件，其具有所述第一流体的流入口和流出口，所述流出口位于所述第一内筒构件的径向内侧，并且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下位于比所述第一内筒构件的所述贯通孔的下游侧端部靠上游侧，
所述第一内筒构件的所述流入口侧的端部与所述第一外筒构件和/或所述第二内筒构件接合，
在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，L4相对于L3的比率L4/L3为0.05～0.95，其中，L3为形成在所述热回收构件的所述流入端面的上游侧的所述第一外筒构件与所述第一内筒构件之间的空间区域的流动方向长度，L4为从所述第二内筒构件的所述流出口到与所述空间区域的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度。
(4)根据(3)所述的热交换器，还具备环状构件，该环状构件以构成所述第一流体的流道的方式对所述第一外筒构件的所述流入口侧与所述第一内筒构件的所述流入口侧和/或所述第二内筒构件之间进行连接。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的热交换器，还具备筒状构件，该筒状构件与所述第一外筒构件的所述流出口侧连接，且具有以构成所述第一流体的流道的方式隔开间隔地配置于所述第一内筒构件的径向外侧的部分。
(6)根据(1)～(5)中任一项所述的热交换器，所述第二内筒构件具有朝向所述流出口逐渐缩径的流线形结构。
(7)根据(1)～(6)中任一项所述的热交换器，所述第二内筒构件的所述流出口呈多边形或椭圆形。
(8)根据(1)～(7)中任一项所述的热交换器，所述热回收构件是具有内周壁、外周壁以及隔壁的中空型的柱状蜂窝结构体，该隔壁配设于所述内周壁与所述外周壁之间，且划分形成从所述流入端面延伸至所述流出端面的成为第一流体的流道的多个隔室。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的热交换器，还具备第二外筒构件，该第二外筒构件隔开间隔地配置于所述第一外筒构件的径向外侧，且能够在与所述第一外筒构件之间流通第二流体。
(10)根据(1)～(9)中任一项所述的热交换器，还具备开闭阀，该开闭阀配置于所述第一内筒构件的所述流出口侧。
发明效果
根据本发明能够提供一种热交换器，能够在热回收模式时抑制压力损失(流道阻力)的增大并提高热回收性能，并在非热回收模式时提高隔热性能。
附图说明
图1A是本发明的实施方式1的热交换器的与第一流体的流通方向平行的剖视图。
图1B是图1A的热交换器中的a-a’线的剖视图。
图2是本发明的实施方式1的另一热交换器的与第一流体的流通方向平行的剖视图。
图3A是本发明的实施方式2的热交换器的与第一流体的流通方向平行的剖视图。
图3B是图3A的热交换器中的b-b’线的剖视图。
图4是本发明的实施方式2的另一热交换器的与第一流体的流通方向平行的剖视图。
图中：
10—热回收构件；11—内周面；12—外周面；13a—流入端面；13b—流出端面；15—内周壁；16—外周壁；17—隔室；18—隔壁；20—第一外筒构件；21a—流入口；21b—流出口；30—第一内筒构件；31a—流入口；31b—流出口；32—贯通孔；33—下游侧端部；40—第二内筒构件；41a—流入口；41b—流出口；50—筒状构件；51a—流入口；51b—流出口；60—第二外筒构件；61a—流入口；61b—流出口；62—供给管；63—排出管；70—开闭阀；71—轴承；72—轴；80—环状构件；100、200—热交换器。
具体实施方式
本发明的热交换器具备：
中空型的热回收构件，其在轴向上具有内周面及外周面，并在与轴向垂直的方向上具有第一流体的流入端面及流出端面；
第一外筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并与所述热回收构件的所述外周面嵌合；
第一内筒构件，其为具有所述第一流体的流入口及流出口并与所述热回收构件的所述内周面嵌合的第一内筒构件，且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，所述流入口位于所述热回收构件的所述流入端面与所述流出端面之间；以及
第二内筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，所述流出口位于比所述热回收构件的所述流入端面靠上游侧，所述第二内筒构件在所述第一外筒构件的径向内侧具有以构成所述第一流体的流道的方式隔开间隔地配置的部分，
所述第二内筒构件的所述流出口的内径比所述第一内筒构件的所述流入口的内径小，
在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，相对于形成在所述热回收构件的所述流入端面的上游侧的所述第一外筒构件与所述第二内筒构件之间的空间区域的流动方向长度L1的、从所述第二内筒构件的所述流出口到与所述空间区域的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度L2的比率L2/L1为0.05～0.95。
另外，本发明的热交换器具备：
中空型的热回收构件，其在轴向上具有内周面及外周面，并在与轴向垂直的方向上具有第一流体的流入端面及流出端面；
第一外筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并与所述热回收构件的所述外周面嵌合；
第一内筒构件，其为具有所述第一流体的流入口及流出口并与所述热回收构件的所述内周面嵌合的第一内筒构件，且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，在比所述热回收构件的所述流入端面靠上游侧设置有用于向所述热回收构件的所述流入端面导入所述第一流体的贯通孔；以及
第二内筒构件，其具有所述第一流体的流入口和流出口，所述流出口位于所述第一内筒构件的径向内侧，并且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下位于比所述第一内筒构件的所述贯通孔的下游侧端部靠上游侧，
所述第一内筒构件的所述流入口侧的端部与所述第一外筒构件和/或所述第二内筒构件接合，
在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，相对于形成在所述热回收构件的所述流入端面的上游侧的所述第一外筒构件与所述第一内筒构件之间的空间区域的流动方向长度L3的、从所述第二内筒构件的所述流出口到与所述空间区域的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度L4的比率L4/L3为0.05～0.95。
本发明的热交换器通过采用上述那样的结构，第二内筒构件的流出口位于比中空型的热回收构件的流入端面靠上游侧，因此在热回收模式时，能够抑制从第二内筒构件的流出口流出的第一流体(废气)的流动折返。因此，在热回收模式时，能够充分抑制压力损失(流道阻力)的增大，难以引起热交换器的破损、破裂。另外，由于能够缩短第二内筒构件的长度，因此能够实现热交换器的轻量化、制造成本的降低。而且，由于使第二内筒构件的流出口的内径比第一内筒构件的流入口的内径小，因此在非热回收模式时，从第二内筒构件的流出口流出的第一流体容易顺畅地流入第一内筒构件。因此，热难以传递到中空型的热回收构件，能够提高隔热性能。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行具体说明。应理解，本发明并不限定于以下的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常的知识，对以下的实施方式适当施加了变更、改良等的方式也落入本发明的范围。
＜实施方式1＞
图1A是本发明的实施方式1的热交换器的与第一流体的流通方向平行的剖视图。另外，图1B是图1A的热交换器中的a-a’线的剖视图。
如图1A和图1B所示，热交换器100具备中空型的热回收构件10、第一外筒构件20、第一内筒构件30以及第二内筒构件40。另外，热交换器100还能够具备筒状构件50、第二外筒构件60以及开闭阀70。
(1.中空型的热回收构件)
中空型的热回收构件10(以下，有时简称为“热回收构件10”)在轴向上具有内周面11及外周面12，且在与轴向垂直的方向上具有第一流体的流入端面13a及流出端面13b。另外，在本说明书中，“热回收构件10”是指具有回收热的功能的构件。
作为热回收构件10，只要具有如上所述的结构就没有特别限定，可以使用该技术领域中公知的热回收构件。
从热回收性能的观点出发，如图1B所示，热回收构件10优选为中空型的柱状蜂窝结构体，该中空型的柱状蜂窝结构体具有内周壁15、外周壁16以及隔壁18，该隔壁18配设于内周壁15与外周壁16之间，划分形成从流入端面13a延伸至流出端面13b的成为第一流体的流道的多个隔室17。
此处，本说明书中，“中空型的柱状蜂窝结构体”是指：在与第一流体的流道方向垂直的中空型的柱状蜂窝结构体的截面中，在中心部具有中空区域的柱状蜂窝结构体。
作为中空型的柱状蜂窝结构体的形状(外形)，没有特别限定，例如可以为圆柱、椭圆柱、四棱柱或其他多棱柱等。
另外，中空型的柱状蜂窝结构体中的中空区域的形状也没有特别限定，例如可以为圆柱、椭圆柱、四棱柱或其他多棱柱等。
需要说明的是，中空型的柱状蜂窝结构体的形状与中空区域的形状可以相同也可以不同，但从对于来自外部的冲击、热应力等的耐性的观点考虑，优选相同。
作为隔室17的形状，没有特别限定，在与第一流体的流道方向垂直的方向的截面中，可以设为圆形、椭圆形、三角形、四边形、六边形或其他多边形等。另外，隔室17优选在与第一流体的流道方向垂直的方向的截面中设置成放射状。通过形成为上述结构，能够将在隔室17中流通的第一流体的热高效地传递至中空型的柱状蜂窝结构体的外部。
隔壁18的厚度没有特别限定，优选为0.1～1mm，更优选为0.2～0.6mm。通过将隔壁18的厚度设为0.1mm以上，能够使中空型的柱状蜂窝结构体的机械强度充分。另外，通过将隔壁18的厚度设为1mm以下，能够抑制由于开口面积的降低而压力损失变大、或者由于与第一流体的接触面积的降低而热回收效率降低等问题。
内周壁15及外周壁16的厚度没有特别限定，但优选大于隔壁18的厚度。通过设为这样的结构，能够提高内周壁15及外周壁16的强度，使内周壁15及外周壁16不容易因来自外部的冲击、第一流体与第二流体之间的温度差引起的热应力等而损坏(例如，裂纹、破裂等)。
另外，内周壁15和外周壁16的厚度没有特别限定，根据用途等适当调整即可。例如，在将热交换器100用于一般的热交换用途的情况下，内周壁15和外周壁16的厚度优选为0.1mm～10mm，更优选为0.5mm～5mm，进一步优选为1mm～3mm。另外，在将热交换器100用于蓄热用途的情况下，也可以将外周壁16的厚度设为10mm以上而使外周壁16的热容量增大。
隔壁18、内周壁15以及外周壁16以陶瓷为主成分。“以陶瓷为主成分”是指陶瓷在全部成分的质量中所占的质量比率为50质量％以上。
隔壁18、内周壁15及外周壁16的气孔率没有特别限定，优选为10％以下，更优选为5％以下，进一步优选为3％以下。另外，隔壁18、内周壁15以及外周壁16的气孔率也可以为0％。通过将隔壁18、内周壁15以及外周壁16的气孔率设为10％以下，能够提高热导率。
隔壁18、内周壁15以及外周壁16优选包含导热性高的SiC(碳化硅)作为主成分。作为这样的材料，可举出Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC、金属复合SiC、再结晶SiC、Si3N4和SiC等。其中，从能够廉价地制造、高热传导的观点出发，优选使用Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC。
与第一流体的流道方向垂直的中空型的柱状蜂窝结构体的截面中的隔室密度(即，每单位面积的隔室17的数量)没有特别限定，优选为4～320隔室/cm2。通过将隔室密度设为4隔室/cm2以上，能够充分确保隔壁18的强度、进而中空型的柱状蜂窝结构体自身的强度及有效GSA(几何学表面积)。另外，通过将隔室密度设为320隔室/cm2以下，能够抑制第一流体流动时的压力损失的增大。
中空型的柱状蜂窝结构体的等静压强度没有特别限定，优选为5MPa以上，更优选为10MPa以上，进一步优选为15MPa以上。通过将中空型的柱状蜂窝结构体的等静压强度设为5MPa以上，能够提高中空型的柱状蜂窝结构体的耐久性。中空型的柱状蜂窝结构体的等静压强度可以按照公益社团法人汽车技术会发行的汽车标准即JASO标准M505-87中规定的等静压破坏强度的测定方法进行测定。
与第一流体的流道方向垂直的方向的截面中的外周壁16的直径(外径)没有特别限定，优选为20mm～200mm，更优选为30mm～100mm。通过设为这样的直径，能够提高热回收效率。另外，也能够使热交换器的尺寸紧凑。在外周壁16不是圆形的情况下，将与外周壁16的截面形状内切的最大内切圆的直径设为外周壁16的直径。
另外，与第一流体的流道方向垂直的方向的截面中的内周壁15的直径没有特别限定，优选为20mm～90mm，更优选为30mm～80mm。在内周壁15的截面形状不是圆形的情况下，将与内周壁15的截面形状内切的最大内切圆的直径设为内周壁15的直径。
中空型的柱状蜂窝结构体的热导率没有特别限定，在25℃下优选为50W/(m·K)以上，更优选为100～300W/(m·K)，进一步优选为120～300W/(m·K)。通过将中空型的柱状蜂窝结构体的热导率设为这样的范围，导热性变得良好，能够将中空型的柱状蜂窝结构体内的热高效地传递至外部。需要说明的是，热导率的值是指通过激光闪光法(JIS R 1611～1997)测定的值。
在中空型的柱状蜂窝结构体的隔室17中流动废气作为第一流体的情况下，可以使催化剂担载于中空型的柱状蜂窝结构体的隔壁18。若使催化剂担载于隔壁18，则能够通过催化反应使废气中的CO、NOx、HC等成为无害的物质，并且也能够将催化反应时产生的反应热用于热交换。作为催化剂，优选含有至少一种选自由贵金属(铂、铑、钯、钌、铟、银和金)、铝、镍、锆、钛、铈、钴、锰、锌、铜、锡、铁、铌、镁、镧、钐、铋和钡构成的组中的元素。上述元素可以以金属单质、金属氧化物、或其以外的金属化合物的形式含有。
作为催化剂(催化剂金属+载体)的担载量，没有特别限定，优选为10～400g/L。另外，在使用包含贵金属的催化剂的情况下，其担载量没有特别限定，优选为0.1～5g/L。通过使催化剂(催化剂金属+载体)的担载量为10g/L以上，容易表现出催化作用。另外，通过使催化剂(催化剂金属+载体)的担载量为400g/L以下，能够抑制压力损失和制造成本的上升。载体是承载催化剂金属的载体。作为载体，可以使用含有选自由氧化铝、氧化铈和氧化锆构成的组中的至少一种的载体。
(2.第一外筒构件)
第一外筒构件20是具有第一流体的流入口21a及流出口21b，且与热回收构件10的外周面12嵌合的筒状的构件。
在此，在本说明书中，“嵌合”是指以相互嵌合的状态固定。因此，在热回收构件10与第一外筒构件20的嵌合中，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合的固定方法之外，还包括通过钎焊、焊接、扩散接合等将热回收构件10与第一外筒构件20相互固定的情况等。
优选的是，第一外筒构件20的轴向与热回收构件10的轴向一致，第一外筒构件20的中心轴与热回收构件10的中心轴一致。
此外，虽然第一外筒构件20的直径(外径以及内径)可以在轴向上相同，但也可以使至少一部分(例如，轴向的至少一个端部侧等)缩径或扩径。例如，如图1A所示，通过使第一外筒构件20的轴向的上游侧端部缩径而与第二内筒构件40连接，能够在热回收构件10的流入端面13a的上游侧形成第一流体的流道。另外，如图2所示，在第一外筒构件20的直径在轴向上相同的情况下，通过设置将第一外筒构件20的流入口21a侧与第二内筒构件40之间连接的环状构件80，能够在热回收构件10的流入端面13a的上游侧形成第一流体的流道。
第一外筒构件20优选具有与热回收构件10的外周面12对应的内周面形状。通过第一外筒构件20的内周面与热回收构件10的外周面12直接接触，导热性变得良好，能够将热回收构件10内的热高效地传递到第一外筒构件20。
从提高热回收效率的观点出发，优选由第一外筒构件20环绕覆盖的热回收构件10的外周面12的部分的面积相对于热回收构件10的外周面12的总面积的比例高。具体而言，该面积比例优选为80％以上，更优选为90％以上，进一步优选为100％(即，热回收构件10的外周面12的全部被第一外筒构件20环绕覆盖)。
需要说明的是，在此所说的“外周面12”是指与热回收构件10的第一流体的流道方向平行的面，不包括与热回收构件10的第一流体的流道方向垂直的面(流入端面13a及流出端面13b)。
第一外筒构件20的材料并未被特别限定，但从制造性的观点出发，优选为金属。另外，若第一外筒构件20为金属制，则在容易进行与第二内筒构件40等其他构件的焊接这一点上也优异。作为第一外筒构件20的材料，例如能够使用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，基于耐久可靠性高、廉价的理由，优选不锈钢。
第一外筒构件20的厚度并未被特别限定，但优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第一外筒构件20的厚度设为0.1mm以上，从而能够确保耐久可靠性。此外，第一外筒构件20的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第一外筒构件20的厚度设为10mm以下，从而能够降低热阻而提高导热性。
(3.第一内筒构件)
第一内筒构件30具有第一流体的流入口31a以及流出口31b，是与热回收构件10的内周面11嵌合的筒状的构件。在此，第一内筒构件30可以与热回收构件10的内周面11直接嵌合，也可以经由密封构件等其他构件间接地嵌合。
优选第一内筒构件30的轴向与热回收构件10的轴向一致，第一内筒构件30的中心轴与热回收构件10的中心轴一致。另外，第一内筒构件30的直径(外径以及内径)可以在轴向上相同(例如图1A)，但也可以至少一部分(例如流出口31b侧等)缩径或者扩径(例如图3A)。
在以第一流体的流动方向D1为基准的情况下，第一内筒构件30的流入口31a位于热回收构件10的流入端面13a与流出端面13b之间。通过在这样的位置设置第一内筒构件30的流入口31a，能够将第一内筒构件30固定于热回收构件10的内周面11，并且能够确保非热回收模式时的第一流体的流道。另外，能够抑制在热回收模式时第一流体的流道变窄，因此压力损失难以增大。
第一内筒构件30的材料没有特别限定，但从制造性的观点出发，优选为金属。作为第一内筒构件30的材料，例如能够使用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，基于耐久可靠性高、廉价的理由，优选不锈钢。
第一内筒构件30的厚度没有特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第一内筒构件30的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，第一内筒构件30的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第一内筒构件30的厚度设为10mm以下，能够使热交换器100轻量化。
(4.第二内筒构件)
第二内筒构件40是具有第一流体的流入口41a以及流出口41b的筒状的构件。
优选第二内筒构件40的轴向与热回收构件10的轴向一致，第二内筒构件40的中心轴与热回收构件10的中心轴一致。另外，第二内筒构件40的直径(外径以及内径)可以在轴向上相同，但也可以至少一部分(例如，流出口41b侧等)缩径或者扩径。
第二内筒构件40具有以构成第一流体的流道的方式隔开间隔地配置于第一外筒构件20的径向内侧的部分。即，第二内筒构件40具有外径比第一外筒构件20的内径小的部分。
另外，在以第一流体的流动方向D1为基准的情况下，第二内筒构件40的流出口41b位于比热回收构件10的流入端面13a靠上游侧。通过在这样的位置设置第二内筒构件40的流出口41b，在热回收模式时，能够抑制从第二内筒构件40的流出口41b流出的第一流体(废气)的流动折返。因此，在热回收模式时，能够充分抑制压力损失(流道阻力)的增大，难以引起热交换器100的破损、破裂。另外，由于能够缩短第二内筒构件40的长度，因此还能够实现热交换器100的轻量化、制造成本的降低。
第二内筒构件40的流出口41b的内径比第一内筒构件30的流入口31a的内径小。通过这样控制第二内筒构件40的流出口41b的内径，在非热回收模式时，从第二内筒构件40的流出口41b流出的第一流体容易顺畅地流入第一内筒构件30。因此，热难以传递到中空型的热回收构件10，能够提高隔热性能。
第二内筒构件40的流出口41b的内径与第一内筒构件30的流入口31a的内径之差没有特别限定，但优选为1mm～20mm，更优选为1mm～10mm。通过将直径的差控制在这样的范围，能够稳定地确保上述效果。
第一流体的流动方向D1(第一外筒构件20和第二内筒构件40的轴向)上的第二内筒构件40的流入口41a与第一外筒构件20的流入口21a的距离优选为20mm以下，更优选为1mm～15mm，进一步优选为5mm～10mm。通过将该距离设为20mm以下，能够减小热交换器100的全长而实现紧凑化。此外，特别是，在通过钎焊以及焊接而对第一外筒构件20以及第二内筒构件40进行连接的情况下，通过将该距离设为20mm以下，从而也能够提高焊接部的强度。
第二内筒构件40优选具有朝向流出口41b逐渐缩径的流线形结构(例如，下述说明的实施方式2的热交换器200的第二内筒构件40的构造)。通过设为这样的结构，能够提高在非热回收模式时从第二内筒构件40的流出口41b流出的第一流体容易顺畅地流入第一内筒构件30的效果。另外，能够减少流体通过第二内筒构件40时的压力损失。
第二内筒构件40的流出口41b的形状没有特别限定，但优选为多边形状或椭圆状。通过设为这样的结构，在非热回收模式时，能够稳定地提高从第二内筒构件40的流出口41b流出的第一流体容易顺畅地流入第一内筒构件30的效果。
在以第一流体的流动方向D1为基准的情况下，从第二内筒构件40的流出口41b到与空间区域R1的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度L2相对于在热回收构件10的流入端面13a的上游侧形成的第一外筒构件20与第二内筒构件40之间的空间区域R1的流动方向长度L1的比率L2/L1为0.05～0.95。通过将L2/L1控制在这样的范围，在热回收模式时，能够极力抑制从第二内筒构件40的流出口41b流出的第一流体(废气)的流动折返，能够充分地抑制压力损失(流道阻力)的增大。从稳定地确保该效果的观点出发，L2/L1优选为0.1～0.9，更优选为0.3～0.7。
此外，在空间区域R1的流动方向长度L1根据与第一流体的流动方向D1垂直的方向的各位置而变化的情况下，是指在空间区域R1中流动方向长度L1最长的部分的长度。
作为第二内筒构件40的固定方法，没有特别限定，例如，如图1A所示，固定于第一外筒构件20即可。另外，如图2所示，也可以固定于环状构件80。作为固定方法，没有特别限定，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合的固定方法以外，还可以使用钎焊、焊接、扩散接合等。
第二内筒构件40的材料没有特别限定，但从制造性的观点出发，优选为金属。作为第二内筒构件40的材料，例如能够使用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，基于耐久可靠性高、廉价的理由，优选不锈钢。
第二内筒构件40的厚度没有特别限定，但优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第二内筒构件40的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，第二内筒构件40的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第二内筒构件40的厚度设为10mm以下，能够使热交换器100轻量化。
(5.筒状构件)
筒状构件50是与第一外筒构件20的流出口21b侧连接的构件。另外，筒状构件50具有以构成第一流体的流道的方式隔开间隔地配置于第一内筒构件30的径向外侧的部分。
筒状构件50相对于第一外筒构件20的连接可以是直接连接或者间接连接。在间接连接的情况下，例如，也可以在第一外筒构件20与筒状构件50之间配置第二外筒构件60等。
筒状构件50具有流入口51a和流出口51b。
优选筒状构件50的轴向与热回收构件10的轴向一致，筒状构件50的中心轴与热回收构件10的中心轴一致。并且，筒状构件50的直径(外径及内径)可以在整个轴向上相同，但也可以至少一部分缩径或扩径。
筒状构件50的材料没有特别限定，但从制造性的观点出发，优选为金属。作为筒状构件50的材料，例如能够使用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，基于耐久可靠性高、廉价的理由，优选不锈钢。
筒状构件50的厚度没有特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将筒状构件50的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，筒状构件50的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将筒状构件50的厚度设为10mm以下，能够使热交换器100轻量化。
(6.第二外筒构件)
第二外筒构件60是在第一外筒构件20的径向外侧隔开间隔地配置的筒状的构件。第二流体能够在第二外筒构件60与第一外筒构件20之间流通。
第二外筒构件60具有流入口61a和流出口61b。
优选的是，第二外筒构件60的轴向与热回收构件10的轴向一致，第二外筒构件60的中心轴与热回收构件10的中心轴一致。
优选为，第二外筒构件60与用于将第二流体向第二外筒构件60与第一外筒构件20之间的区域供给的供给管62、以及用于将第二流体从第二外筒构件60与第一外筒构件20之间的区域排出的排出管63连接。供给管62及排出管63优选设置在与热回收构件10的轴向两端部对应的位置。
另外，供给管62及排出管63可以朝向相同的方向延伸，也可以朝向不同的方向延伸。
第二外筒构件60优选以轴向两端部的内周面与第一外筒构件20的外周面直接或间接地接触的方式配置。
作为将第二外筒构件60的轴向两端部的内周面固定在第一外筒构件20的外周面上的方法，虽然并未被特别限定，但是除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等的嵌合的固定方法之外，还能够使用钎焊、焊接、扩散接合等。
第二外筒构件60的直径(外径和内径)可以在整个轴向上相同，但也可以至少一部分(例如，轴向中央部、轴向两端部等)缩径或扩径。例如，通过使第二外筒构件60的轴向中央部缩径，能够使第二流体在供给管62和排出管63侧的第二外筒构件60内遍及第一外筒构件20的整个外周方向。因此，在轴向中央部无助于热交换的第二流体减少，因此能够提高热交换效率。
第二外筒构件60的材料没有特别限定，但从制造性的观点出发，优选为金属。作为第二外筒构件60的材料，例如能够使用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，基于耐久可靠性高、廉价的理由，优选不锈钢。
第二外筒构件60的厚度没有特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第二外筒构件60的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，第二外筒构件60的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第二外筒构件60的厚度设为10mm以下，从而能够使热交换器100轻量化。
(7.开闭阀)
开闭阀70配置于第一内筒构件30的流出口31b侧。
开闭阀70旋转自如地支撑于配置在筒状构件50的径向外侧的轴承71，并且固定于以贯通筒状构件50和第一内筒构件30的方式配置的轴72。
开闭阀70的形状没有特别限定，根据配置开闭阀70的第一内筒构件30的形状选择适当的形状即可。
开闭阀70能够通过致动器(未图示)使轴72驱动(旋转)。通过开闭阀70与轴72一起旋转，能够进行开闭阀70的开闭。
开闭阀70构成为能够调整第一内筒构件30的内侧的第一流体的流动。具体而言，开闭阀70通过在热回收模式时设为关闭，从而能够使第一流体在热回收构件10中流通。另外，开闭阀70在非热回收模式时打开，由此能够使第一流体从第一内筒构件30的流出口31b侧向筒状构件50流通并向热交换器100的外部排出。
(8.环状构件)
如图2所示，环状构件80是用于以构成第一流体的流道的方式将第一外筒构件20的流入口21a侧与第二内筒构件40之间连接的筒状的构件。需要说明的是，连接环状构件80的第二内筒构件40的连接位置没有特别限定，可以是第二内筒构件40的流入口41a侧、流出口41b侧、中心部附近中的任一方，但理想的是第一流体的流动方向D1上的第二内筒构件40的流入口41a与第一外筒构件20的流入口21a的距离优选为20mm以下，更优选为1mm～15mm，进一步优选为5mm～10mm。其理由如上所述。
第一外筒构件20与第二内筒构件40之间的基于环状构件80的连接可以是直接连接或间接连接。在间接连接的情况下，例如，也可以在第一外筒构件20与环状构件80之间配置第二外筒构件60等。
优选环状构件80的轴向与热回收构件10的轴向一致，环状构件80的中心轴与热回收构件10的中心轴一致。
环状构件80的形状没有特别限定，可以具有曲面结构。通过设为这样的结构，在热回收模式时(将开闭阀70设为关闭的情况下)，能够使向热回收构件10流动的第一流体的流动顺畅，因此能够减少压力损失。
环状构件80的材料没有特别限定，但从制造性的观点出发，优选为金属。作为环状构件80的材料，例如能够使用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，基于耐久可靠性高、廉价的理由，优选不锈钢。
环状构件80的厚度没有特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将环状构件80的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，环状构件80的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将环状构件80的厚度设为10mm以下，能够使热交换器100轻量化。
(9.第一流体和第二流体)
作为热交换器100所使用的第一流体和第二流体，没有特别限定，能够利用各种液体和气体。例如，在热交换器100搭载于汽车的情况下，能够使用废气作为第一流体，能够使用水或防冻液(JIS K2234：2006中规定的LLC)作为第二流体。另外，第一流体能够设为比第二流体高温的流体。
(10.热交换器的制造方法)
热交换器100可以按照该技术领域中公知的方法来制造。例如，在使用中空型的柱状蜂窝结构体作为热回收构件10的情况下，热交换器100可以按照以下说明的方法进行制造。
首先，将包含陶瓷粉末的坯土挤出成所需的形状，制作蜂窝成形体。此时，通过选择适当形态的口模和夹具，能够控制隔室17的形状和密度、隔壁18、内周壁15和外周壁16的形状和厚度等。另外，作为蜂窝成形体的材料，可以使用上述的陶瓷。例如，在制造以Si含浸SiC复合材料为主成分的蜂窝成形体的情况下，可以在预定量的SiC粉末中加入粘合剂以及水和/或有机溶剂，将得到的混合物混炼而制成坯土，进行成形而得到所需形状的蜂窝成形体。然后，将得到的蜂窝成形体干燥，在减压的惰性气体或真空中，在蜂窝成形体中含浸烧成金属Si，由此，能够得到具有由隔壁18区划形成的隔室17的中空型的柱状蜂窝结构体。作为金属Si的含浸烧成方法，可举出以含有金属Si的块与蜂窝成形体接触的方式配置并进行烧成的方法。蜂窝成形体中的含有金属Si的块的接触部位可以是端面，也可以是外周壁面，还可以是内周壁面。
接下来，将中空型的柱状蜂窝结构体***第一外筒构件20内，使第一外筒构件20嵌合于中空型的柱状蜂窝结构体的外周壁16(外周面12)。接下来，将第一内筒构件30***中空型的柱状蜂窝结构体的中空区域，使第一内筒构件30嵌合于中空型的柱状蜂窝结构体的内周壁15(内周面11)。接下来，在第一外筒构件20的径向外侧配置并固定第二外筒构件60。此外，供给管62和排出管63可以预先固定于第二外筒构件60，但也可以在适当的阶段固定于第二外筒构件60。接着，将第二内筒构件40配置于预定的位置，并固定于第一外筒构件20。另外，在设置环状构件80的情况下，在第二内筒构件40与第一外筒构件20或第二外筒构件60之间配置并固定环状构件80。接下来，在第一外筒构件20的流出口21b侧配置并连接筒状构件50。接着，在第一内筒构件30的流出口31b侧安装开闭阀70。
另外，各构件的配置及固定(嵌合)的顺序并不限定于上述，也可以在能够制造的范围内适当变更。另外，固定(嵌合)方法使用上述的方法即可。
＜实施方式2＞
图3A是本发明的实施方式2的热交换器的与第一流体的流通方向平行的剖视图。另外，图3B是图3A的热交换器中的b-b’线的剖视图。
如图3A和图3B所示，热交换器200具备中空型的热回收构件10、第一外筒构件20、第一内筒构件30以及第二内筒构件40。另外，热交换器100还能够具备筒状构件50、第二外筒构件60、开闭阀70以及环状构件80。热交换器200的基本结构与热交换器100相同，但不同点在于，第一内筒构件30的流入口31a侧的端部与第二内筒构件40接合，第一内筒构件30具有贯通孔32。此外，虽然在图3A中，通过环状构件80对第一外筒构件20与第二内筒构件40之间进行了连接，但也可以如图4所示，使第一外筒构件20的轴向的上游侧端部缩径并与第二内筒构件40连接。在该情况下，第一内筒构件30的流入口31a侧的端部与第一外筒构件20以及第二内筒构件40接合，第一内筒构件30具有贯通孔32。需要说明的是，在图4中，第一内筒构件30的流入口31a侧的端部与第一外筒构件20及第二内筒构件40这两方接合，但也可以与第一外筒构件20或第二内筒构件40中的一方接合。
热交换器200可以按照该技术领域中公知的方法来制造。例如，热交换器200能够按照上述的热交换器100的制造方法来制造。
以下，具有与在本发明的实施方式1的热交换器100的说明中出现的附图标记相同的附图标记的构成要素与本发明的实施方式2的热交换器200的构成要素相同，因此省略其详细的说明。
在热交换器200中，第一内筒构件30的流入口31a侧的端部与第一外筒构件20和/或第二内筒构件40接合，因此在比热回收构件10的流入端面13a靠上游侧设置有用于导入第一流体的贯通孔32。
另外，第二内筒构件40的流出口41b位于第一内筒构件30的径向内侧，且在以第一流体的流动方向D1为基准的情况下位于比第一内筒构件30的贯通孔32的下游侧端部33靠上游侧。
通过设为上述那样的构造，在热回收模式时，能够抑制从第二内筒构件40的流出口41b流出的第一流体(废气)的流动折返。因此，在热回收模式时，能够充分抑制压力损失(流道阻力)的增大，难以引起热交换器200的破损、破裂。另外，由于能够缩短第二内筒构件40的长度，因此还能够实现热交换器200的轻量化、制造成本的降低。另外，由于第二内筒构件40的流出口41b的直径比第一内筒构件30的直径小，因此在非热回收模式时，从第二内筒构件40的流出口41b流出的第一流体难以通过贯通孔32，容易在第一内筒构件30内顺畅地流通。因此，热难以传递到中空型的热回收构件10，能够提高隔热性能。
作为设置于第一内筒构件30的贯通孔32的形状，没有特别限定，能够设为圆形、椭圆形、四边形等各种形状。另外，贯通孔32的数量也没有特别限定，可以在第一内筒构件30的周向上设置多个，也可以在第一内筒构件30的轴向上设置多个。此外，在设置有多个贯通孔32的情况下，上述的“第一内筒构件30的贯通孔32的下游侧端部33”是指位于第一内筒构件30的最下游侧的贯通孔32的下游侧端部33。
在以第一流体的流动方向为基准的情况下，从第二内筒构件40的流出口41b到与空间区域R2的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度L4相对于在热回收构件10的流入端面13a的上游侧形成的第一外筒构件20与第一内筒构件30之间的空间区域R2的流动方向长度L3的比率L4/L3为0.05～0.95。通过将L4/L3控制在这样的范围，在热回收模式时，能够极力抑制从第二内筒构件40的流出口41b流出的第一流体(废气)的流动折返，能够充分抑制压力损失(流道阻力)的增大。从稳定地确保该效果的观点出发，L4/L3优选为0.1～0.8，更优选为0.3～0.7。
在图3A以及图3B所示的热交换器200中，在以第一流体的流动方向为基准的情况下，以中空型的热回收构件10的轴向长度的中心部位于比第一外筒构件20以及第二外筒构件60的轴向长度的中心部靠下游侧的方式配置。另外，使中空型的热回收构件10的流入端面13a在与设置于第一内筒构件30的贯通孔32的下游侧端部33相同的位置对齐，使贯通孔32的上游侧端部在与环状构件80的下游侧端部的位置相同的位置对齐。因此，能够将贯通孔32在第一内筒构件30的轴向上设置得较长，因此能够提高在热回收模式时抑制压力损失(流道阻力)的增大的效果。另外，由于能够增大第一外筒构件20相对于高温的第一流体的接触面积，因此向第二流体的热传导增加，热交换效率提高。
此外，在图3A以及图3B所示的热交换器200中，由于在以第一流体的流动方向为基准的情况下，形成于第一外筒构件20与第二外筒构件60之间的第二流体的流道的下游侧端部与中空型的热回收构件10的流入端面13a的位置对齐，因此充分地确保了热回收模式时的热交换性能。
而且，在图3A和图3B所示的热交换器200中，供给管62和排出管63配置于与第二外筒构件60的轴向正交的周向。通过这样设置供给管62及排出管63，能够充分确保热回收模式时的热交换性能，并且在供给管62与排出管63之间容易在筒状构件50的表面上搭载开闭阀70用的致动器等部件，因此能够实现热交换器200的紧凑化。
Claims (10)
1.一种热交换器，其特征在于，具备：
中空型的热回收构件，其在轴向上具有内周面及外周面，并在与轴向垂直的方向上具有第一流体的流入端面及流出端面；
第一外筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并与所述热回收构件的所述外周面嵌合；
第一内筒构件，其为具有所述第一流体的流入口及流出口并与所述热回收构件的所述内周面嵌合的第一内筒构件，且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，所述流入口位于所述热回收构件的所述流入端面与所述流出端面之间；以及
第二内筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，所述流出口位于比所述热回收构件的所述流入端面靠上游侧，所述第二内筒构件具有以构成所述第一流体的流道的方式隔开间隔地配置在所述第一外筒构件的径向内侧的部分，
所述第二内筒构件的所述流出口的内径比所述第一内筒构件的所述流入口的内径小，
在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，L2相对于L1的比率L2/L1为0.05～0.95，其中，L1为形成在所述热回收构件的所述流入端面的上游侧的所述第一外筒构件与所述第二内筒构件之间的空间区域的流动方向长度，L2为从所述第二内筒构件的所述流出口到与所述空间区域的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
还具备环状构件，该环状构件以构成所述第一流体的流道的方式对所述第一外筒构件的所述流入口侧与所述第二内筒构件之间进行连接。
3.一种热交换器，其特征在于，具备：
中空型的热回收构件，其在轴向上具有内周面及外周面，并在与轴向垂直的方向上具有第一流体的流入端面及流出端面；
第一外筒构件，其具有所述第一流体的流入口及流出口，并与所述热回收构件的所述外周面嵌合；
第一内筒构件，其为具有所述第一流体的流入口及流出口并与所述热回收构件的所述内周面嵌合的第一内筒构件，且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，在比所述热回收构件的所述流入端面靠上游侧设置有用于向所述热回收构件的所述流入端面导入所述第一流体的贯通孔；以及
第二内筒构件，其具有所述第一流体的流入口和流出口，所述流出口位于所述第一内筒构件的径向内侧，并且在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下位于比所述第一内筒构件的所述贯通孔的下游侧端部靠上游侧，
所述第一内筒构件的所述流入口侧的端部与所述第一外筒构件和/或所述第二内筒构件接合，
在以所述第一流体的流动方向为基准的情况下，L4相对于L3的比率L4/L3为0.05～0.95，其中，L3为形成在所述热回收构件的所述流入端面的上游侧的所述第一外筒构件与所述第一内筒构件之间的空间区域的流动方向长度，L4为从所述第二内筒构件的所述流出口到与所述空间区域的上游侧端部对应的位置为止的流动方向长度。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，
还具备环状构件，该环状构件以构成所述第一流体的流道的方式对所述第一外筒构件的所述流入口侧与所述第一内筒构件的所述流入口侧和/或所述第二内筒构件之间进行连接。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其特征在于，
还具备筒状构件，该筒状构件与所述第一外筒构件的所述流出口侧连接，且具有以构成所述第一流体的流道的方式隔开间隔地配置于所述第一内筒构件的径向外侧的部分。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其特征在于，
所述第二内筒构件具有朝向所述流出口逐渐缩径的流线形结构。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其特征在于，
所述第二内筒构件的所述流出口呈多边形或椭圆形。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其特征在于，
所述热回收构件是具有内周壁、外周壁以及隔壁的中空型的柱状蜂窝结构体，该隔壁配设于所述内周壁与所述外周壁之间，且划分形成从所述流入端面延伸至所述流出端面的成为第一流体的流道的多个隔室。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其特征在于，
还具备第二外筒构件，该第二外筒构件隔开间隔地配置于所述第一外筒构件的径向外侧，且能够在与所述第一外筒构件之间流通第二流体。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其特征在于，
还具备开闭阀，该开闭阀配置于所述第一内筒构件的所述流出口侧。
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