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公開番号2025086167
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2023200048
出願日2023-11-27
発明の名称熱交換部材および熱交換器
出願人日本碍子株式会社
代理人弁理士法人松阪国際特許事務所,個人,個人,個人
主分類F28D 7/16 20060101AFI20250530BHJP(熱交換一般)
要約【課題】熱交換部材の温度上昇を抑制しつつ第1流体と第2流体との熱交換を効率良く行う。
【解決手段】熱交換部材5は、第1ハニカム構造体1と、第2ハニカム構造体とを少なくとも備える。第2ハニカム構造体は、第1ハニカム構造体1の下流側に直列に配置される。第1外周壁11の内部空間100は、外側領域101と、内側領域102とを備える。外側領域101では、第1外周壁11の内周面に沿って所定のセル密度にて第1外側セル15が周状に配置される。内側領域102では、外側領域101よりも第1内側セル16のセル密度が低い。熱交換部材5は、複数の第1セル17および複数の第2セルを流れる第1流体と、第1流体よりも低温の第2流体との間で、熱交換を行う。これにより、熱交換部材5の温度上昇を抑制しつつ、第1流体と第2流体との間の熱交換を効率良く行うことができる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
熱交換部材であって、
筒状の第１外周壁と、前記第１外周壁の内部空間を区画して軸方向に延びる複数の第１セルを形成する第１隔壁と、を有する第１ハニカム構造体と、
筒状の第２外周壁と、前記第２外周壁の内部空間を区画して軸方向に延びる複数の第２セルを形成する第２隔壁と、を有する第２ハニカム構造体と、
を少なくとも備え、
前記複数の第１セルはそれぞれ、前記第１ハニカム構造体の前記軸方向の一方側である上流側から他方側である下流側へと第１流体が流れる流路であり、
前記第２ハニカム構造体は、前記第１ハニカム構造体の前記下流側に直列に配置されて、前記複数の第１セルを通過した前記第１流体の全量が流入する状態で前記第１ハニカム構造体に接続され、
前記複数の第２セルはそれぞれ、前記第１ハニカム構造体から流入した前記第１流体が流れる流路であり、
前記第１外周壁の前記内部空間は、
前記第１外周壁の内周面に沿って所定のセル密度にて第１セルが周状に配置された外側領域と、
前記外側領域の内側にて前記外側領域に囲まれた領域であって前記外側領域よりも第１セルのセル密度が低い内側領域と、
を備え、
前記複数の第１セルおよび前記複数の第２セルを流れる前記第１流体と、前記第１外周壁および前記第２外周壁の外側を流れる前記第１流体よりも低温の第２流体との間で熱交換を行う熱交換部材。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の熱交換部材であって、
前記第１ハニカム構造体の前記上流側の端部から前記第２ハニカム構造体の前記下流側の端部に亘って前記第１外周壁の外周面および前記第２外周壁の外周面を覆う筒状の被覆部をさらに備える熱交換部材。
【請求項３】
請求項１に記載の熱交換部材であって、
前記内側領域は、前記外側領域の各第１セルよりも断面積が大きい１つの第１セルにより構成される１つの空間である熱交換部材。
【請求項４】
請求項１に記載の熱交換部材であって、
前記第１ハニカム構造体の前記上流側の部位における前記内側領域の断面積は、前記第１ハニカム構造体の前記下流側の部位における前記内側領域の断面積よりも大きい熱交換部材。
【請求項５】
請求項１に記載の熱交換部材であって、
前記第２ハニカム構造体の中心軸近傍における第２セルのセル密度は、前記第１ハニカム構造体の前記内側領域における第１セルのセル密度よりも高い熱交換部材。
【請求項６】
請求項１に記載の熱交換部材であって、
筒状の第３外周壁と、前記第３外周壁の内部空間を区画して軸方向に延びる複数の第３セルを形成する第３隔壁と、を有する第３ハニカム構造体をさらに備え、
前記第３ハニカム構造体は、前記第２ハニカム構造体の前記下流側に直列に配置されて、前記複数の第２セルを通過した前記第１流体の全量が流入する状態で前記第２ハニカム構造体に接続され、
前記複数の第３セルはそれぞれ、前記第２ハニカム構造体から流入した前記第１流体が流れる流路である熱交換部材。
【請求項７】
請求項６に記載の熱交換部材であって、
前記第３ハニカム構造体における第３セルのセル密度は、前記第２ハニカム構造体における第２セルのセル密度よりも低い熱交換部材。
【請求項８】
請求項６に記載の熱交換部材であって、
前記第２ハニカム構造体の前記下流側の端面と前記第３ハニカム構造体の前記上流側の端面との間に空隙が設けられる熱交換部材。
【請求項９】
請求項１に記載の熱交換部材であって、
前記第１ハニカム構造体および前記第２ハニカム構造体は、セラミックスを主成分とする熱交換部材。
【請求項１０】
熱交換器であって、
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の熱交換部材と、
前記熱交換部材の外周面から外側に離間した状態で前記熱交換部材の前記外周面を覆う外壁部と、
を備え、
前記熱交換部材の前記外周面と前記外壁部との間の空間は、前記第２流体が流れる流路である熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換部材および熱交換器に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費向上が求められている。例えば、エンジン始動時等のエンジン温度が低い状態での燃費向上のため、エンジンオイルやオートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）等を迅速に昇温し、摩擦損失を低減する技術が求められている。また、排ガス浄化用触媒の早期活性化のために、触媒を迅速に昇温する技術も求められている。自動車以外においても、金属工場、窯業工場、パルプ紙業工場、化学工場、食品工場等の各種工場において、カーボンニュートラルに向けたＣＯ
２
削減および省エネ対策の観点から、排ガス、温水、蒸気等に含まれる熱エネルギーを有効利用することが求められている。
【０００３】
これらの技術的要求に応えるために、例えば、熱交換器が利用されている。当該熱交換器では、高温の流体（例えば、排ガス）から熱が回収され、低温の流体（例えば、冷却水）に付与される。冷却水等に付与された熱は、上述のような様々な目的に利用される。
【０００４】
このような熱交換器において用いられる熱交換部材として、例えば、隔壁によって多数のセルが区画形成されたハニカム構造体である筒状セラミックス体が利用される（特許文献１）。当該熱交換器では、筒状セラミックス体の内部に高温の第１流体を流通させ、筒状セラミックス体の外側に低温の第２流体を流通させ、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる。また、特許文献２では、２つ以上のハニカム構造体を直列に配置した熱交換部材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１５－１６５１８１号公報
国際公開第２０１２／０６４８１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、熱交換部材の内部を流れる第１流体の温度が高くなると、第１流体から熱を回収する熱交換部材の温度が過剰に上昇し、熱交換部材が損傷するおそれがある。このため、熱交換器において熱回収可能な第１流体の温度が制限される。一方、熱交換部材において、第１流体からの熱回収を抑制すると、第１流体と第２流体との熱交換の効率が低下する。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、熱交換部材の温度上昇を抑制しつつ第１流体と第２流体との熱交換を効率良く行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の態様１は、熱交換部材であって、筒状の第１外周壁と、前記第１外周壁の内部空間を区画して軸方向に延びる複数の第１セルを形成する第１隔壁と、を有する第１ハニカム構造体と、筒状の第２外周壁と、前記第２外周壁の内部空間を区画して軸方向に延びる複数の第２セルを形成する第２隔壁と、を有する第２ハニカム構造体と、を少なくとも備える。前記複数の第１セルはそれぞれ、前記第１ハニカム構造体の前記軸方向の一方側である上流側から他方側である下流側へと第１流体が流れる流路である。前記第２ハニカム構造体は、前記第１ハニカム構造体の前記下流側に直列に配置されて、前記複数の第１セルを通過した前記第１流体の全量が流入する状態で前記第１ハニカム構造体に接続される。前記複数の第２セルはそれぞれ、前記第１ハニカム構造体から流入した前記第１流体が流れる流路である。前記第１外周壁の前記内部空間は、前記第１外周壁の内周面に沿って所定のセル密度にて第１セルが周状に配置された外側領域と、前記外側領域の内側にて前記外側領域に囲まれた領域であって前記外側領域よりも第１セルのセル密度が低い内側領域と、を備える。前記熱交換部材は、前記複数の第１セルおよび前記複数の第２セルを流れる前記第１流体と、前記第１外周壁および前記第２外周壁の外側を流れる前記第１流体よりも低温の第２流体との間で熱交換を行う。
【０００９】
本発明の態様２は、態様１の熱交換部材であって、前記第１ハニカム構造体の前記上流側の端部から前記第２ハニカム構造体の前記下流側の端部に亘って前記第１外周壁の外周面および前記第２外周壁の外周面を覆う筒状の被覆部をさらに備える。
【００１０】
本発明の態様３は、態様１（態様１または２、であってもよい。）の熱交換部材であって、前記内側領域は、前記外側領域の各第１セルよりも断面積が大きい１つの第１セルにより構成される１つの空間である。
（【００１１】以降は省略されています）

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