(57)【要約】【課題】熱交換効率を向上できる熱交換器を提供する。【解決手段】本発明による熱交換器１は、第１流体２が通される第１流路を形成する複数のセル１０１を有する柱状のハニカム構造体１０と、ハニカム構造体１０の外周に取り付けられた内筒１１と、内筒１１の外周に配置されるとともに、第２流体３が通される第２流路１２４を内筒１１との間に形成する外筒１２とを備え、第２流路１２４には、ハニカム構造体１０の外周位置を含むようにハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに延在された中間流路１２４ａと、軸方向１０ｃに関する中間流路１２４ａの両側に位置する側部流路１２４ｂ，１２４ｃとが含まれており、中間流路１２４ａの高さが側部流路１２４ｂ，１２４ｃの高さよりも低くされている。【選択図】図１
2019184224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が通される第１流路を形成する複数のセルを有する柱状のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体の外周に取り付けられた内筒と、
前記内筒の外周に配置されるとともに、第２流体が通される第２流路を前記内筒との間に形成する外筒と
を備え、
前記第２流路には、前記ハニカム構造体の外周位置を含むように前記ハニカム構造体の軸方向に延在された中間流路と、前記軸方向に関する前記中間流路の両側に位置する側部流路とが含まれており、
前記中間流路の高さが前記側部流路の高さよりも低くされている、
熱交換器。
【請求項２】
前記第２流体は、前記第１流体と並行に流れる、
請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記側部流路には、前記第２流路に前記第２流体を供給する供給管が接続された供給側側部流路と、前記第２流路から前記第２流体を排出する排出管が接続された排出側側部流路とが含まれており、
前記供給側側部流路は、前記第１流体の流れ方向に関する前記排出側側部流路の下流側に配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記側部流路には、前記第２流路に前記第２流体を供給する供給管が接続された供給側側部流路と、前記第２流路から前記第２流体を排出する排出管が接続された排出側側部流路とが含まれており、
前記供給側側部流路は、前記第１流体の流れ方向に関する前記排出側側部流路の上流側に配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記中間流路の高さは、０．２ｍｍ以上かつ３３ｍｍ以下である、
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記側部流路の高さは、前記中間流路の高さの１．１倍以上である、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記ハニカム構造体の外周において前記内筒と前記外筒との間に配置された中間筒
をさらに備え、
前記中間流路には、前記外筒と前記中間筒との間に形成された主流路と、前記中間筒と前記内筒との間に形成された副流路とが含まれており、
前記主流路の高さが０．１５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下であり、
前記副流路の高さが０．０５ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下であり、
前記副流路の高さに対する前記主流路の高さの割合が１．６以上かつ１０以下である、
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記中間筒の端部と前記内筒との間には、前記副流路に連通する開口部が設けられている、請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】
前記軸方向に直交する面における前記中間筒の端部と前記内筒との間の全面積に占める前記開口部の面積が１％以上かつ５０％以下である、
請求項８記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記中間筒と前記内筒との間に設けられたスペーサ
をさらに備え、
前記スペーサが前記軸方向に関して前記ハニカム構造体の端面の外側に配置されている、
請求項７から請求項９までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記スペーサは、前記軸方向に関して前記ハニカム構造体の端面から０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下の距離だけ離れた位置に配置されている、
請求項１０記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記中間筒と前記内筒との間に設けられたスペーサ
をさらに備え、
前記スペーサは、前記軸方向に関して互いに離間して配置された第１及び第２スペーサを含み、
前記第１及び第２スペーサの一方は前記中間筒及び前記内筒の両方に固定され、前記第１及び第２スペーサの他方は前記内筒に固定されているとともに前記中間筒に非固定とされている、
請求項７から請求項１１までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記スペーサは、液相の前記第２流体の通過を許容しつつ、前記第２流体の気泡の通過を阻害する三次元構造を有している、
請求項１０から請求項１２までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記第２流路を通る前記第２流体に乱流を発生させる乱流発生部が前記中間筒に設けられている、
請求項７から請求項１３までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記第２流路を通る前記第２流体に乱流を発生させる乱流発生部が前記内筒及び／又は前記外筒に設けられている、
請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記外筒と一体に設けられたフレームと、
前記第１流体の流れ方向に関する前記ハニカム構造体の上流側及び下流側の少なくとも一方に配置されるとともに、前記フレームにより支持された浄化手段と
をさらに備える、
請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記フレームは、前記ハニカム構造体、前記内筒及び前記外筒をそれぞれ含む複数の熱交換部材を前記浄化手段と一体化させる、
請求項１６記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記ハニカム構造体は、前記複数のセルを形成する複数の第１隔壁と複数の第２隔壁とを有しており、前記複数の第１隔壁は前記ハニカム構造体の周方向に互いに間隔を置いて前記ハニカム構造体の径方向に延在されており、前記複数の第２隔壁は前記ハニカム構造体の径方向に互いに間隔をおいて前記ハニカム構造体の周方向に延在されており、
前記第１流路に直交する面における前記ハニカム構造体の断面において、前記ハニカム構造体の径方向内側の前記第１隔壁の数が、前記ハニカム構造体の径方向外側の前記第１隔壁の数よりも少ない、
請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、エンジンオイル、オートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ：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。
【０００３】
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１流体を流通させるとともに外部に第２流体を流通させることにより、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う部品（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（例えば排ガス等）から低温の流体（例えば冷却水等）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。
【０００４】
下記の特許文献１には、自動車分野で排ガスから排熱を回収し、エンジンを暖める用途で使用する場合に、自動車の燃費を向上させることができる熱交換部材が開示されている。特許文献１の熱交換部材は、複数のセルを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に配置されたケーシングとを有している。ハニカム構造体のセルに第１流体が通されるとともに、ハニカム構造体とケーシングとの間に第２流体が通される。ケーシングへの第２流体の入口とケーシングからの第２流体の出口とは、ハニカム構造体に対して同じ側に配置されている。このため、特許文献１の熱交換部材では、第２流体がハニカム構造体の外周を周回しながら第１流体と熱交換を行う。また、特許文献１には、ハニカム構造体とケーシングとの間の流路の高さがハニカム構造体の軸方向に一様とされた態様が図示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０３７１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来の熱交換器において、流路の高さを一様に高くすると、熱交換を行わない第２流体が多く存在してしまう。この場合、第２流体の温度が上昇しづらくなってしまい、熱交換効率が悪くなる。一方、流路の高さを一様に低くすると、熱交換を行わない第２流体を減らすことができるが、ハニカム構造体の周方向に第２流体が行き渡らない状態が生じる虞がある。ハニカム構造体の周方向に第２流体が行き渡らない場合、ハニカム構造体の周面全体を熱交換に利用できず、やはり熱交換効率が悪くなる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的の一つは、熱交換効率を向上できる熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る熱交換器は、一実施形態において、第１流体が通される第１流路を形成する複数のセルを有する柱状のハニカム構造体と、ハニカム構造体の外周に取り付けられた内筒と、内筒の外周に配置されるとともに、第２流体が通される第２流路を内筒との間に形成する外筒とを備え、第２流路には、ハニカム構造体の外周位置を含むようにハニカム構造体の軸方向に延在された中間流路と、軸方向に関する中間流路の両側に位置する側部流路とが含まれており、中間流路の高さが側部流路の高さよりも低くされている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の熱交換器一実施形態によれば、中間流路の高さが側部流路の高さよりも低くされているので、側部流路においてハニカム構造体の周方向に第２流体を行き渡らせることができるともに、中間流路において熱交換を行わない第２流体を減らすことができ、熱交換効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による熱交換器の断面図である。
【図２】図１の内筒及び中間筒をハニカム構造体の軸方向に沿って見た時のハニカム構造体、内筒及び中間筒の正面図である。
【図３】図２のハニカム構造体の変形例を示す説明図である。
【図４】図１の供給管及び排出管の位置関係を示す説明図である。
【図５】図４の供給管及び排出管の位置関係の変形例を示す説明図である。
【図６】図１の領域ＶＩを拡大して示す熱交換器の拡大断面図である。
【図７】図６の副流路の高さに対する主流路の高さの割合を変更した際の熱遮断性能と熱回収性能との関係を示すグラフである。
【図８】図１の中間筒についてより詳細に示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２による熱交換器の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による熱交換器における内筒及び中間筒とスペーサとの関係について示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態４による熱交換器の断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による熱交換器の断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態６による熱交換器の断面図である。
【図１４】図１３の熱交換器の製造方法を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態７による熱交換器の要部の断面図である。
【図１６】図１５の熱交換器の要部の変形例を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態８による熱交換器の断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態９による熱交換器の断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態１０による熱交換器の断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態１１による熱交換器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による熱交換器１の断面図であり、図２は図１の内筒１１及び中間筒１５をハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに沿って見た時のハニカム構造体１０、内筒１１及び中間筒１５の正面図であり、図３は図２のハニカム構造体１０の変形例を示す説明図であり、図４は図１の供給管１３及び排出管１４の位置関係を示す説明図であり、図５は図４の供給管１３及び排出管１４の位置関係の変形例を示す説明図であり、図６は図１の領域ＶＩを拡大して示す熱交換器１の拡大断面図であり、図７は、図６の副流路１２４ａ2の高さに対する主流路１２４ａ1の高さの割合を変更した際の熱遮断性能と熱回収性能との関係を示すグラフである。
【００１３】
図１に示す熱交換器１は、第１流体２と第２流体３との間で熱交換を行うための装置である。第１及び第２流体２，３としては、種々の液体及び気体を利用することができる。熱交換器１が自動車に搭載される場合、第１流体２として排ガスを用いることができ、第２流体３として水又は不凍液（ＪＩＳ  Ｋ２２３４：２００６で規定されるＬＬＣ）を用いることができる。第１流体２は、第２流体３よりも高温の流体とすることができる。
【００１４】
本実施の形態の熱交換器１には、ハニカム構造体１０、内筒１１、外筒１２、供給管１３、排出管１４、中間筒１５、スペーサ１６及びカバー１７が設けられている。
【００１５】
＜ハニカム構造体について＞
本実施の形態のハニカム構造体１０は、柱状の構造体である。ハニカム構造体１０の断面形状は円、楕円又は四角若しくはその他の多角形とすることができる。本実施の形態のハニカム構造体１０は、円柱状の構造体とされている。
【００１６】
図１及び図２に特に表れているように、ハニカム構造体１０には、セラミックスを主成分とする隔壁１００により互いに区画された複数のセル１０１が設けられている。各セル１０１は、ハニカム構造体１０の第１端面１０ａから第２端面１０ｂまでハニカム構造体１０の内部を貫通している。第１及び第２端面１０ａ，１０ｂは、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係るハニカム構造体１０の両側の端面である。ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃは、セル１０１が延在する方向と理解することができる。
【００１７】
本実施の形態の第１流体２は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに沿うように流され、第１端面１０ａから第２端面１０ｂまで各セル１０１を通ってハニカム構造体１０を通り抜ける。すなわち、各セル１０１は、第１流体２が通される第１流路を形成している。なお、図１は第１流路又は軸方向１０ｃに直交する面における熱交換器１の断面を示している。
【００１８】
図２では各セル１０１の断面形状が四角形であるように図示しているが、各セル１０１の断面形状は、例えば円形、楕円形、扇形、三角形又は５角形以上の多角形等の任意の形状とすることができる。図３に示すように、第１流路又は軸方向１０ｃに直交する面において、各セル１０１が放射状に設けられていてもよい。
【００１９】
図３に示すハニカム構造体１０の各セル１０１の断面形状は扇形とされており、各セル１０１はハニカム構造体１０の中心軸を中心に放射状に設けられている。
【００２０】
図３に示すセル１０１は、複数の第１隔壁１００ａと複数の第２隔壁１００ｂとによって形成されている。第１隔壁１００ａは、ハニカム構造体１０の周方向に互いに間隔を置いてハニカム構造体１０の径方向に延在されている。第２隔壁１００ｂは、ハニカム構造体１０の径方向に互いに間隔をおいてハニカム構造体１０の周方向に延在されている。これら第１及び第２隔壁１００ａ，１００ｂは互いに交差している。図３では、放射状に延在された直線状の壁として第１隔壁１００ａを示している。しかしながら、第１隔壁１００ａは、例えば放射状に延在された曲線状の壁、又はハニカム構造体１０の径方向に傾斜して延在された直線状の壁等の他の態様を採ってもよい。
【００２１】
１つのセル１０１を区画形成する第１隔壁１００ａは、１つのセル１０１を区画形成する第２隔壁１００ｂよりも長いことが好ましい。第１隔壁１００ａは放射方向への熱伝導率に寄与するため、このような構成を採ることにより、セル１０１を流通する第１流体２の熱をハニカム構造体１０の径方向外側に向けて効率良く伝達させることができる。
【００２２】
第１隔壁１００ａは第２隔壁１００ｂよりも厚いことが好ましい。隔壁１００の厚みは熱伝導率と相関するため、このような構成を採ることにより、第１隔壁１００ａの熱伝導率を第２隔壁１００ｂの熱伝導率よりも大きくすることができる。その結果、セル１０１を流通する第１流体２の熱をハニカム構造体１０の径方向外側に向けて効率良く伝達させることができる。
【００２３】
ハニカム構造体１０の外周壁１０３は、隔壁１００（第１隔壁１００ａ及び第２隔壁１００ｂ）よりも厚いことが好ましい。このような構成を採ることにより、外部からの衝撃、第１流体２と第２流体３との間の温度差による熱応力などによって破壊（例えば、ひび、割れなど）が起こり易い外周壁１０３の強度を高めることができる。
【００２４】
隔壁１００（第１隔壁１００ａ及び第２隔壁１００ｂ）の厚みは、特に限定されず、用途などに応じて適宜調整すればよい。隔壁１００の厚みは、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１００の厚みを０．１ｍｍ以上とすることにより、ハニカム構造体１０の機械的強度を十分なものとすることができる。また、隔壁１００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圧力損失が大きくなったり、第１流体２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問題を防止することができる。
【００２５】
ハニカム構造体１０の径方向内側になるほど、周方向に関して互いに隣り合う第１隔壁１００ａ間の間隔が狭くなり、セル１０１を形成することが難しくなることがある。径方向内側にセル１０１が形成されていない場合、又は径方向内側に形成されたセル１０１の断面積が小さすぎる場合には、熱交換器１の圧力損失が大きくなってしまう。
【００２６】
このような問題を防止する観点から、第１流路又は軸方向１０ｃに直交する面におけるハニカム構造体１０の断面において、ハニカム構造体１０の径方向内側の第１隔壁１００ａの数が、径方向外側の第１隔壁１００ａの数よりも少ないことが好ましい。このような構成を採ることにより、ハニカム構造体１０の径方向内側にもセル１０１を安定して形成することができる。これにより、ハニカム構造体１０の径方向内側にセル１０１が形成され難くなることに起因する熱交換器１の圧力損失の増大を抑制することができる。
【００２７】
なお、ハニカム構造体１０の径方向内側又は外側の第１隔壁１００ａの数とは、ハニカム構造体１０の断面において、ハニカム構造体１０の径方向に関して互いに隣り合う第２隔壁１００ｂ及び外周壁１０３によって区画される各円環領域（周方向領域）にそれぞれ含まれる第１隔壁１００ａの総数を意味する。ハニカム構造体１０の径方向に関して最も内側に位置する円環領域の第１隔壁１００ａの総数を、ハニカム構造体１０の径方向に関して最も外側に位置する円環領域の第１隔壁１００ａの総数よりも少なくすることが好ましい。また、ハニカム構造体１０の径方向に関して内側に向かうにつれて各円環領域の第１隔壁１００ａの総数を減少させることが好ましい。第１隔壁１００ａの総数は、ハニカム構造体１０の径方向内側に向かって連続的に減少されてもよく、ハニカム構造体１０の径方向内側に向かって段階的に減少されてもよい（すなわち、ハニカム構造体１０の径方向に関して隣接する円環領域の第１隔壁１００ａの数が同じであってもよい）。ハニカム構造体１０の径方向内側に近づくほど互いに隣り合う第１隔壁１００ａ間の間隔を狭くせざるを得ないため、セル１０１を形成することが難しくなる。しかしながら、上記のような構成を採ることにより、互いに隣り合う第１隔壁１００ａ間の間隔を確保することができるため、セル１０１を安定して形成することができる。そのため、熱交換器１の圧力損失の増大を抑制することができる。
【００２８】
図３に示すハニカム構造体１０は、ＳｉＣ粉末を含む坏土を所望の形状に押出成形した後、乾燥させ、所定の外形寸法に加工し、Ｓｉ含浸焼成することによって製造できる。このハニカム構造体１０は、円柱状であり、直径（外径）が７０ｍｍ、第１流体の流路方向の長さが４０ｍｍである。また、このハニカム構造体１０は、第２隔壁１００ｂのみから区画形成されたセル１０１を中央部に有すると共に、セル１０１の数が、周方向領域Ａで２００個、周方向領域Ｂで１００個、周方向領域Ｃで５０個、周方向領域Ｄで２５個、周方向領域Ｅで５個となっている。そして、径方向内側の第１隔壁１００ａの数が径方向外側の第１隔壁１００ａの数よりも少なくなっている。上記のような形状とすることにより、ハニカム構造体１０の中心部側にもセル１０１を形成することができる。
【００２９】
＜内筒について＞
本実施の形態の内筒１１は、ハニカム構造体１０の外周に取り付けられた筒状の部材である。本実施の形態の内筒１１は、内筒１１の内周面がハニカム構造体１０の外周面に接した状態でハニカム構造体１０の外周に固定されている。すなわち、本実施の形態の内筒１１の内周面の断面形状は、ハニカム構造体１０の外周面の断面形状と一致されている。本実施の形態の内筒１１の軸方向は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃと一致されている。内筒１１の中心軸はハニカム構造体１０の中心軸と一致されていることが好ましい。ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係る内筒１１の長さは、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係るハニカム構造体１０の長さよりも長くされている。ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係るハニカム構造体１０及び内筒１１の中央位置は互いに一致されていることが好ましい。本実施の形態の内筒１１の内径はハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係り一様とされており、内筒１１の周壁はハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに直線状に延在されている。
【００３０】
ハニカム構造体１０を通り抜ける第１流体２の熱は、ハニカム構造体１０を通して内筒１１に伝えられる。内筒１１の材質としては、熱伝導性に優れた材質を用いることが好ましく、例えば金属及びセラミックス等を用いることができる。金属としては、ステンレス鋼、チタン合金、銅合金、アルミ合金及び真鍮等を用いることができる。耐久信頼性が高いという理由により、内筒１１の素材はステンレス鋼であることが好ましい。
【００３１】
本実施の形態の内筒１１の内周面からは、内筒１１の径方向内方に向けて突出部１１０が突出されている。突出部１１０は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関してハニカム構造体１０の第１及び第２端面１０ａ，１０ｂにそれぞれ接する位置に配置されている。このような突出部１１０が設けられていることで、ハニカム構造体１０が軸方向１０ｃに変位することが規制されている。本実施の形態の突出部１１０は、ステンレス鋼製のリング部材が内筒１１の内周面に溶接によって固定されたものであり、内筒１１の周方向全体に延在されている。しかしながら、突出部１１０は、内筒１１の周方向全体に延在されていなくてもよく、内筒１１の周方向に係る少なくとも一か所で内筒１１の内周面から突出されていてもよい。
【００３２】
＜外筒、供給管及び排出管について＞
本実施の形態の外筒１２は、内筒１１の外周に配置された筒状部材である。本実施の形態の外筒１２の軸方向は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃと一致されている。外筒１２の中心軸はハニカム構造体１０の中心軸と一致されていることが好ましい。ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係る外筒１２の長さは、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係るハニカム構造体１０の長さよりも長くされている。また、軸方向１０ｃに係る外筒１２の長さは、軸方向１０ｃに係る内筒１１の長さと等しくされている。
【００３３】
本実施の形態の外筒１２は、中央周壁１２０、一対の膨径周壁１２１、一対の接続周壁１２２及び一対の端壁１２３を有している。
【００３４】
中央周壁１２０は、外筒１２の軸方向（ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃ）に係る外筒１２の中央に延在された環状の壁部である。中央周壁１２０の内径は、内筒１１の外径よりも大きくされている。中央周壁１２０は、ハニカム構造体１０の外周位置を含むように配置されている。ハニカム構造体１０の外周位置とは、ハニカム構造体１０の外周面の外側の位置であって、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係るハニカム構造体１０の第１端面１０ａと第２端面１０ｂとの間の位置である。ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係るハニカム構造体１０及び中央周壁１２０の中央位置は互いに一致されていることが好ましい。
【００３５】
膨径周壁１２１は、ハニカム構造体１０が軸方向１０ｃに係る中央周壁１２０の両側に設けられた環状の壁部である。膨径周壁１２１の内径は中央周壁１２０の内径よりも大きくされている。本実施の形態では、外筒１２の軸方向に係る一方の膨径周壁１２１の内径と外筒１２の軸方向に係る他方の膨径周壁１２１の内径とは、互いに一致されている。しかしながら、これらの内径は互いに異なっていてもよい。
【００３６】
接続周壁１２２は、中央周壁１２０と膨径周壁１２１とを接続する環状の壁部である。本実施形態の接続周壁１２２は、外筒１２の軸方向及び径方向に対して傾斜して延在されている。接続周壁１２２の断面形状は、曲線状及び直線状のいずれでもよい。
【００３７】
端壁１２３は、膨径周壁１２１の端部から外筒１２の径方向内方に突出された環状の壁部である。端壁１２３の先端は内筒１１の外周面に当接されている。例えば溶接等により端壁１２３の先端が内筒１１の外周面に固定されていることで、外筒１２が内筒１１に対して固定されている。
【００３８】
上述のように外筒１２の各周壁１２０〜１２２の内径は内筒１１の外径よりも大きくされており、内筒１１の外周面と外筒１２の内周面との間にはハニカム構造体１０が軸方向１０ｃ及び周方向に延在する空間が形成されている。
【００３９】
外筒１２の軸方向に係る一方の膨径周壁１２１には供給管１３が接続されており、外筒１２の軸方向に係る他方の膨径周壁１２１には排出管１４が接続されている。供給管１３は、内筒１１と外筒１２との空間に第２流体３を供給するための管である。排出管１４は、内筒１１と外筒１２との空間から第２流体３を排出するための管である。すなわち、本実施の形態の外筒１２は、第２流体３が通される第２流路１２４を内筒１１との間に形成する。
【００４０】
図１及び図４に示すように、本実施の形態では、外筒１２から供給管１３及び排出管１４が同じ方向に向けて延出されている。しかしながら、図５に示すように、外筒１２からの供給管１３の延出方向は、外筒１２からの排出管１４の延出方向と異なっていてもよく、さらに外筒１２からの排出管１４の延出方向と逆であってもよい。但し、第２流路１２４内の気泡をより確実に排出管１４から排出できるように、排出管１４が外筒１２から鉛直方向上方に向けて延出されることが好ましい。排出管１４が鉛直方向に沿わされることが好ましいが、排出管１４が鉛直方向に対して傾斜して外筒１２から鉛直方向上方に向けて延出されていてもよい。
【００４１】
図４に特に示すように、本実施の形態では、ハニカム構造体１０の周方向に関して供給管１３及び排出管１４が異なる位置に配置されている。しかしながら、ハニカム構造体１０の周方向に関して供給管１３及び排出管１４が同じ位置に配置されていてもよい。なお、図１では、内容の理解を容易にするために、供給管１３及び排出管１４についてはそれぞれの位置での断面を示している。
【００４２】
本実施の形態の第２流路１２４には、中間流路１２４ａ、供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃが含まれている。
【００４３】
中間流路１２４ａは、内筒１１と外筒１２の中央周壁１２０との間に形成された流路であり、ハニカム構造体１０の外周位置を含むようにハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに延在されている。
【００４４】
供給側側部流路１２４ｂは、供給管１３が接続された外筒１２の膨径周壁１２１と内筒１１との間に形成された流路である。排出側側部流路１２４ｃは、排出管１４が接続された外筒１２の膨径周壁１２１と内筒１１との間に形成された流路である。これら供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃは、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関する中間流路１２４ａの両側に位置する側部流路を構成している。
【００４５】
供給管１３からの第２流体３は、供給側側部流路１２４ｂに貯められるとともに、中間流路１２４ａを通して排出側側部流路１２４ｃに流れ込み、排出管１４から熱交換器１の外部へと排出される。上述のように、第１流体２の熱は、ハニカム構造体１０を通して内筒１１に伝えられている。主に第２流体３が中間流路１２４ａを通る際に、第２流体３と内筒１１（第１流体２）との間で熱交換が行われる。
【００４６】
上述のように本実施の形態では、膨径周壁１２１の内径が中央周壁１２０の内径よりも大きくされている。このため、中間流路１２４ａの高さは、供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さよりも低くされている。このため、供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃにおいてハニカム構造体１０の周方向に第２流体３を行き渡らせることができるともに、中間流路１２４ａにおいて熱交換を行わない第２流体３を減らすことができ、熱交換効率を向上できる。中間流路１２４ａにおいて熱交換を行わない第２流体３を減らすことは、ハニカム構造体１０の温度が低い低負荷時における熱交換効率（熱の回収効率）の向上に特に有用である。なお、中間流路１２４ａ、供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さは、内筒１１の外周面の法線方向に係る内筒１１の外周面と外筒１２の内周面との間の距離によって定義することができる。
【００４７】
中間流路１２４ａの高さが供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さよりも低くされていることにより、ハニカム構造体１０の外周位置における第２流体３の流速を向上させることができる。
すなわち、体積流量［ｍ3／ｓ］は以下の式のように流路断面積［ｍ2］と流速［ｍ／ｓ］の積で表される。
体積流量［ｍ3／ｓ］＝流路断面積［ｍ2］×流速［ｍ／ｓ］
漏れが無い場合、中間流路１２４ａ内の一断面と供給側側部流路１２４ｂ内の一断面とを流れる体積流量［ｍ3／ｓ］は同じになる。中間流路１２４ａ内の一断面と供給側側部流路１２４ｂ内の一断面とを同じ流量が流れようとすると、中間流路１２４ａ内の一断面が供給側側部流路１２４ｂ内の一断面よりも小さいため、中間流路１２４ａ内の一断面で流体がより速く流れる。このため、上述のようにハニカム構造体１０の外周位置における第２流体３の流速が向上される。
【００４８】
中間流路１２４ａ内では、第２流体３は、第１流体２と並行に流れる。換言すると、第２流体３は、中間流路１２４ａにおいてハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに流れる。供給側側部流路１２４ｂから排出側側部流路１２４ｃに向けて第２流体３が軸方向１０ｃに直線的に流れることが好ましいが、供給側側部流路１２４ｂから排出側側部流路１２４ｃに向けて第２流体３がハニカム構造体１０の軸方向１０ｃ及び周方向にらせん状に流れても構わない。すなわち、第２流体３が第１流体２と並行に流れることには、第２流体３が軸方向１０ｃに直線的に流れることのみならず、第２流体３がらせん状に流れることも含まれる。
【００４９】
中間流路１２４ａの高さは、熱交換を行わない第２流体３を少なくするように設定される。中間流路１２４ａの高さは、０．２ｍｍ以上かつ３３ｍｍ以下が好ましい。この中間流路１２４ａの高さは、後述の主流路１２４ａ1及び副流路１２４ａ2の高さの合計値である。
【００５０】
中間流路１２４ａの高さに対する供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さの倍率は、供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃにおいてハニカム構造体１０の周方向に第２流体３が流れることを許容する高さに設定される。また、この倍率は、供給側側部流路１２４ｂから排出側側部流路１２４ｃに向けて第２流体３が中間流路１２４ａ内を円滑に流れるように設定される。中間流路１２４ａの高さに対する供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さの倍率が大きいほど、供給側側部流路１２４ｂの周方向の圧損が低下して、供給側側部流路１２４ｂ内を第２流体３が均一に流すことができる。その結果として、周方向に関して中間流路１２４ａ内に第２流体３が均一に流すことができる。また、中間流路１２４ａから排出側側部流路１２４ｃへの第２流体３の流れに関する圧損が低減されるため、暖められた第２流体３を中間流路１２４ａから排出側側部流路１２４ｃにより短時間で排出でき、熱の回収効率を向上させることができる。供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さは、中間流路１２４ａの高さの１．１倍以上が好ましく、３倍以上が更に好ましい。中間流路１２４ａの高さに対する供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さの倍率が大きすぎると、熱交換器１のサイズ及び重量が増大してしまう。供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さの上限は、許容される熱交換器１のサイズ及び重量に応じて決定することができる。
【００５１】
本実施の形態の供給側側部流路１２４ｂは、第１流体２の流れ方向（ハニカム構造体１０の第１端面１０ａから第２端面１０ｂに向かう方向）に関する排出側側部流路１２４ｃの下流側に配置されている。すなわち、本実施の形態では中間流路１２４ａにおいて第２流体３が第１流体２に逆行される。これにより、第２流体３が軸方向１０ｃに向かうにつれて、第２流体３がより高い温度の第１流体２と熱交換することができ、熱交換効率を向上することができる。
【００５２】
＜中間筒について＞
本実施の形態の中間筒１５は、ハニカム構造体１０の外周において内筒１１と外筒１２との間に配置された筒状部材である。本実施の形態の中間筒１５の軸方向は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃと一致されている。中間筒１５の中心軸はハニカム構造体１０の中心軸と一致されていることが好ましい。ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関して、中間筒１５は、ハニカム構造体１０よりも長くされている。ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに係るハニカム構造体１０及び中間筒１５の中央位置は互いに一致されていることが好ましい。
【００５３】
図６に特に現れているように、内筒１１と外筒１２との間に中間筒１５が配置されていることにより、中間流路１２４ａには、主流路１２４ａ1と副流路１２４ａ2とが形成されている。主流路１２４ａ1は、外筒１２と中間筒１５との間に形成された第２流体３の流路である。副流路１２４ａ2は、中間筒１５と内筒１１との間に形成された第２流体３の流路である。
【００５４】
副流路１２４ａ2に液相の第２流体３が満たされているとき、ハニカム構造体１０を通して内筒１１に伝えられた第１流体２の熱が、副流路１２４ａ2の第２流体３を介して主流路１２４ａ1の第２流体３に伝えられる。一方、内筒１１の温度が高く、副流路１２４ａ2内で第２流体３の蒸気（気泡）が発生したとき、副流路１２４ａ2の第２流体３を介する主流路１２４ａ1の第２流体３への熱伝導が抑制される。これは、液相の流体に比べて気相の流体の熱伝導率が低いためである。すなわち、本実施の形態の熱交換器１では、副流路１２４ａ2内で第２流体３の蒸気が発生するか否かにより、熱交換を効率的に行う状態と熱交換を抑制する状態とが切り替えられる。この熱交換の状態は、外部からの制御を必要としない。第２流体３としては、熱交換を抑制したい温度域に沸点を有する流体を使用することが好ましい。
【００５５】
副流路１２４ａ2の高さは、主流路１２４ａ1の高さよりも低くされている。主流路１２４ａ1の高さが０．１５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下であり、副流路１２４ａ2の高さが０．０５ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下であり、副流路１２４ａ2の高さに対する主流路１２４ａ1の高さの割合（＝主流路１２４ａ1の高さ÷副流路１２４ａ2の高さ）が１．６以上かつ１０以下であることが好ましい。
【００５６】
主流路１２４ａ1の高さが０．１５ｍｍを下回ると、熱遮断性が低下する。すなわち、副流路１２４ａ2への第２流体３の流入が多くなるため、気相の第２流体３が副流路１２４ａ2内にとどまりにくくなり、気相の第２流体３による熱交換の抑制を効果的に行うことができなくなる。また、主流路１２４ａ1及び副流路１２４ａ2高さが近くなり、中間筒１５の偏心等の影響を受けてやすくなる。
一方、主流路１２４ａ1の高さが３０ｍｍを上回ると、熱の回収性能が低下する。すなわち、熱交換を行わない第２流体３が増えて、第２流体３の温度が上昇しづらくなる。
【００５７】
また、副流路１２４ａ2の高さが０．０５ｍｍを下回ると熱遮断性が低下する。すなわち、内筒１１と中間筒１５とが近すぎると、内筒１１の熱が中間筒１５に伝わってしまい、副流路１２４ａ2内の気相の第２流体３による熱伝導の抑制を効果的に行うことができない。
一方、副流路１２４ａ2の高さが３ｍｍを上回ると熱の回収性能が低下する。すなわち、内筒１１と中間筒１５との空間が広すぎると、副流路１２４ａ2の第２流体３の温度が上昇しづらくなり、その結果として主流路１２４ａ1の第２流体３の温度も上昇しづらくなる。
【００５８】
図７の縦軸の熱遮断性能は高負荷時（７００℃−２０ｇ／ｓ）の回収熱量（ｋＷ）を意味している。副流路１２４ａ2の高さに対する主流路１２４ａ1の高さの割合が１．６の場合、副流路１２４ａ2がない場合と比較して３０％程は高負荷時の回収熱量を低減できる。これに対して副流路１２４ａ2の高さに対する主流路１２４ａ1の高さの割合が１．６を下回ると、図７に示すように、副流路１２４ａ2が無い場合の熱遮断性能に近づき、熱遮断性能が低下する。すなわち、副流路１２４ａ2への第２流体３の流入が多くなるため、気相の第２流体３が副流路１２４ａ2内にとどまりにくくなり、気相の第２流体３による熱交換の抑制を効果的に行うことができなくなる。
一方、副流路１２４ａ2の高さに対する主流路１２４ａ1の高さの割合が１０を上回ると、図７に示すように熱の回収性能が低下する。すなわち、熱交換を行わない第２流体３が増えて、第２流体３の温度が上昇しづらくなる。
【００５９】
図２及び図６に特に表れているように、中間筒１５の端部と内筒１１との間には、副流路１２４ａ2に連通する開口部１５０が設けられている。本実施の形態の開口部１５０は、第２流体３の流れ方向に関する副流路１２４ａ2の入側と出側との両方に設けられている。しかしながら、開口部１５０は、第２流体３の流れ方向に関する副流路１２４ａ2の入側と出側とのいずれか一方のみに設けられていてもよい。図２に特に表れているように、本実施の形態では、ハニカム構造体１０の周方向に互いに同じ間隔をおいて４つの開口部１５０が設けられている。しかしながら、開口部１５０の個数は任意である。また、各開口部１５０の間の間隔は互いに異なっていてもよい。
【００６０】
本実施の形態の熱交換器１は、中間筒１５の端部と内筒１１との間の開口部１５０を通して、副流路１２４ａ2に対して第２流体３が流入及び流出するように構成されている。換言すると、本実施の形態の熱交換器１では中間筒１５の周壁に開口は設けられていない。しかしながら、中間筒１５の周壁に設けられた開口を通して副流路１２４ａ2内に第２流体３が流入するように熱交換器１を構成してもよい。
【００６１】
図２に特に表れているように、中間筒１５の端部と内筒１１との間の開口部１５０以外の部分には、中間筒１５の端部と内筒１１との間を塞ぐ壁体１５１が形成されている。本実施の形態の壁体１５１は、第２流体３の流れ方向に関する副流路１２４ａ2の入側と出側との両方に設けられている。また、本実施の形態の壁体１５１は、例えば中間筒１５、内筒１１及びスペーサ１６を互いに固定するために中間筒１５、内筒１１及びスペーサ１６に付着された溶融金属が固化されたもの等の不定形部材が固化されたものである。しかしながら、壁体１５１は、中間筒１５及び内筒１１とは別体の板部であって、溶接等により中間筒１５及び内筒１１に固定された板部とすることができる。また、壁体１５１は、例えば中間筒１５の端部が屈曲された板部等、中間筒１５又は内筒１１と一体の板部とすることができる。
【００６２】
ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに直交する面における中間筒１５の端部と内筒１１との間の全面積に占める開口部１５０の面積が１％以上かつ５０％以下であることが好ましい。
【００６３】
この面積割合が１％未満の場合、熱の回収性能が低下する。すなわち、副流路１２４ａ2への第２流体３の流入が少なくなり、副流路１２４ａ2内で気相の第２流体３が発生しやすくなる。このため、熱交換を抑制する状態になりやすく、主流路１２４ａ1の第２流体３の温度上昇が阻害されやすくなる。
一方、この面積割合が５０％を超えると、熱遮断性能が低下する。すなわち、副流路１２４ａ２への第２流体３の流入が多くなり、副流路１２４ａ2内で気相の第２流体３が発生したとしても、気相の第２流体３が副流路１２４ａ2内にとどまりにくくなる。このため、気相の第２流体３による熱交換の抑制を効果的に行うことができなくなる。
【００６４】
中間筒１５の端部と内筒１１との間の全面積に占める開口部１５０の面積は２％以上かつ３０％以下であることがさらに好ましい。これは、熱の回収性能が低下及び熱遮断性能が低下をより確実に回避できるためである。
【００６５】
＜スペーサについて＞
本実施の形態のスペーサ１６は、中間筒１５と内筒１１との間の空間を確保するため構成であり、中間筒１５と内筒１１との間に設けられている。本実施の形態のスペーサ１６は、中間筒１５及び内筒１１とは別の部材によって構成されている。ハニカム構造体１０の径方向に係るスペーサ１６の両端が中間筒１５及び内筒１１に当接されることにより、中間筒１５と内筒１１との間に空間が確保されている。しかしながら、スペーサ１６は、例えば中間筒１５又は内筒１１に設けられた凸部等の中間筒１５及び内筒１１の一方と一体の構成であってもよい。スペーサ１６が中間筒１５及び内筒１１の一方と一体の構成である場合、ハニカム構造体１０の径方向に係るスペーサ１６の先端が中間筒１５及び内筒１１の他方に当接されることにより、中間筒１５と内筒１１との間に空間が確保される。
【００６６】
スペーサ１６は、ハニカム構造体１０の周方向全体にわたって延在されていることが好ましい。スペーサ１６は、ハニカム構造体１０の周方向全体にわたって連続的に延在する１つの部材により構成されてもよいし、ハニカム構造体１０の周方向に互いに隣接又は離間して配置された複数の部材によって構成されてもよい。
【００６７】
本実施の形態のスペーサ１６は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関して互いに離間して中間筒１５と内筒１１との間に設けられた第１及び第２スペーサ１６１，１６２を含んでいる。本実施の形態では、第１スペーサ１６１はハニカム構造体１０の第１端面１０ａ側に配置されており、第２スペーサ１６２はハニカム構造体１０の第２端面１０ｂ側に配置されている。
【００６８】
本実施の形態の第１及び第２スペーサ１６１，１６２は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関してハニカム構造体１０の第１及び第２端面１０ａ，１０ｂの外側に配置されている。換言すると、ハニカム構造体１０の径方向に沿って第１及び第２スペーサ１６１，１６２を見た時に、第１及び第２スペーサ１６１，１６２がハニカム構造体１０と重ならず、さらに第１及び第２スペーサ１６１，１６２がハニカム構造体１０と接しないように、第１及び第２スペーサ１６１，１６２が配置されている。このような位置に第１及び第２スペーサ１６１，１６２が配置されていることにより、ハニカム構造体１０の熱が第１及び第２スペーサ１６１，１６２を通して中間筒１５に伝わりにくくすることができる。第１及び第２スペーサ１６１，１６２を通してハニカム構造体１０の熱が中間筒１５に伝わると、気相の第２流体３による熱交換の抑制の効果が減じられてしまう。
【００６９】
第１及び第２スペーサ１６１，１６２は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関してハニカム構造体１０の第１及び第２端面１０ａ，１０ｂから０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下の距離だけ離れた位置に配置されていることが好ましい。
【００７０】
第１及び第２端面１０ａ，１０ｂから第１及び第２スペーサ１６１，１６２までの距離が０ｍｍの場合、熱遮断性能が低下する。これは、ハニカム構造体１０の熱が第１及び第２スペーサ１６１，１６２を通して中間筒１５に伝わってしまうためである。
一方、第１及び第２端面１０ａ，１０ｂから第１及び第２スペーサ１６１，１６２までの距離が１０ｍｍを超えると、熱交換器１の寸法が不必要に大きくなる。これは、１０ｍｍを超える距離を確保しても、スペーサ１６を介する熱伝導を抑制する効果が変わらないためである。
【００７１】
また、本実施の形態の熱交換器１のように内筒１１の内周面に突出部１１０が設けられている場合、第１及び第２スペーサ１６１，１６２は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関して突出部１１０よりも外側に配置されていることが好ましい。やはり、ハニカム構造体１０の熱が突出部１１０を介して第１及び第２スペーサ１６１，１６２に伝わることを避けるためである。ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関する突出部１１０と第１及び第２スペーサ１６１，１６２との間の離間距離は、０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７２】
本実施の形態のスペーサ１６（第１及び第２スペーサ１６１，１６２）は、液相の第２流体３の通過を許容しつつ、第２流体３の気泡の通過を阻害する三次元構造を有している。このような三次元構造としては、メッシュ構造（網目構造）又はスポンジ状構造（多孔質構造）を挙げることができる。スペーサ１６が液相の第２流体３の通過を許容するとは、第２流体３がスペーサ１６を通過できることを意味し、スペーサ１６が第２流体３の通過の抵抗となっていてもよい。スペーサ１６が第２流体３の気泡の通過を阻害するとは、第２流体３の気泡がスペーサ１６に付着すること、及び第２流体３の気泡の移動にスペーサ１６が抵抗となることが含まれる。液相の第２流体３の通過許容性と第２流体３の気泡の通過阻害性とを両立しやすいとの理由により、スペーサ１６がメッシュ構造を有していることが好ましい。
【００７３】
本実施の形態のスペーサ１６（第１及び第２スペーサ１６１，１６２）は、開口部１５０を通って副流路１２４ａ2に対して出入りする第２流体３がスペーサ１６を通過するように、中間筒１５の端部と内筒１１との間に設けられている。
【００７４】
副流路１２４ａ2内の大部分が気相の第２流体３で満たされているとき、大量の第２流体３が副流路１２４ａ2内に一時に流れ込むと、第２流体３の沸騰気化が急激に発生する。このような急激な第２流体３の沸騰気化は、振動及び騒音の原因となる。液相の第２流体３の通過に対してスペーサ１６が抵抗となることで、副流路１２４ａ2内への第２流体３の流入が穏やかとなり、振動及び騒音の発生を抑制できる。
【００７５】
スペーサ１６が第２流体３の気泡の通過を阻害することにより、気相の第２流体３が副流路１２４ａ2に溜まり、気相の第２流体３による熱交換の抑制がより確実に発揮される。この熱交換の抑制をより確実に発揮させるため、スペーサ１６の空隙率は、２０％以上であることが好ましく、４０％以上であることがより好ましく、６０％以上であることがさらに好ましい。また、スペーサ１６の空隙率は、９８％以下であることが好ましく、９５％以下であることがより好ましく、９０％以下であることがさらに好ましい。本発明において、スペーサ１６の空隙率は以下の手順により測定する。
（１）スペーサを構成する材料の親密度をアルキメデス法により求める。
（２）スペーサの外形寸法（厚み及び縦横の長さ）から計算したスペーサのみかけ体積と、スペーサの重量から嵩密度とを求める。
（３）空隙率＝（１−嵩密度／真密度）×１００％との関係式を用いて空隙率を算出する。
【００７６】
＜カバーについて＞
本実施の形態のカバー１７は、第１流体２の流れ方向に係るハニカム構造体１０の上流側及び下流側に配置されている筒状体である。カバー１７は、内筒１１の内側に挿入されており、第１流体２の流れが内筒１１に直接的に当たることを防ぐように、内筒１１をカバーしている。
【００７７】
カバー１７の端部とハニカム構造体１０の第１及び第２端面１０ａ，１０ｂとの間の離間距離は、２ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下であることが好ましい。離間距離は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに沿う距離である。
【００７８】
離間距離が２ｍｍを下回ると、熱の回収性能が低下する。すなわち、ハニカム構造体１０への第１流体２の流入がカバー１７によって制限されて、ハニカム構造体１０の温度が上昇しづらくなる。
一方、離間距離が１０ｍｍを超えると、熱遮断性能が低下する。すなわち、第１流体２の流れが直接的に当たることにより内筒１１の温度が上昇し、副流路１２４ａ2内の気相の第２流体３による熱伝導の抑制を効果的に行うことができない。
【００７９】
カバー１７の直径（内径）は、ハニカム構造体１０の直径（外径）の０．６倍以上かつ０．９５倍以下であることが好ましい。
【００８０】
カバー１７の直径がハニカム構造体１０の直径の０．６倍を下回ると、熱の回収性能が低下する。熱遮断性能が低下する。すなわち、ハニカム構造体１０への第１流体２の流入がカバー１７によって制限されて、ハニカム構造体１０の温度が上昇しづらくなる。
一方、カバー１７の直径がハニカム構造体１０の直径の０．９５倍を上回ると、熱遮断性能が低下する。すなわち、カバー１７の熱が伝わることにより内筒１１の温度が上昇し、副流路１２４ａ2内の気相の第２流体３による熱伝導の抑制を効果的に行うことができない。
【００８１】
カバー１７は、コーン１７０によって支持されている。コーン１７０は、カバー１７の径方向に係るカバー１７の外側に配置され筒状の部材である。本実施の形態のコーン１７０は、断面クランク形状の周壁を有している。コーン１７０の一端１７０ａはコーン１７０の径方向外方に位置されており、コーン１７０の他端１７０ｂはコーン１７０の径方向内方に位置されている。カバー１７は、コーン１７０の他端１７０ｂに面接触された状態で他端１７０ｂに溶接等により固定されている。
【００８２】
本実施の形態のコーン１７０の一端１７０ａは、外筒１２に固定されている。より具体的には、コーン１７０の一端１７０ａは、外筒１２の端壁１２３に当接されているとともに、溶接等の方法により端壁１２３に固定されている。また、コーン１７０の一端１７０ａは、内筒１１から遠ざけられるように、外筒１２の径方向外側に固定されている。外筒１２の径方向外側とは、コーン１７０の径方向に関する端壁１２３の中央位置よりも膨径周壁１２１に近い位置と理解することができる。仮に、コーン１７０の一端１７０ａが内筒１１の端部に固定されていると、内筒１１が高温となったときに内筒１１の膨張をコーン１７０が抑えてしまい、内筒１１が湾曲する虞がある。内筒１１が湾曲すると、各部に位置ずれが生じ熱交換器１の性能が低下する虞がある。このような性能低下を抑えるため、上述のように、コーン１７０の一端１７０ａは、外筒１２に固定されていることが好ましく、外筒１２の径方向外側に固定されていることが更に好ましい。
【００８３】
次に、図８は図１の中間筒１５についてより詳細に示す説明図である。本実施の形態の中間筒１５は、内筒１１との間にスペーサ１６を挟み込むように板状部材が筒状に巻かれることによって形成されている。スペーサ１６を内筒１１に押し付けてスペーサ１６の変位を規制するように板状部材が巻締られている。
【００８４】
図８に示すように、中間筒１５には、中間筒１５を構成する板状部材の第１及び第２側部１５２，１５３が含まれている。第１側部１５２は板状部材の幅方向に係る一方の側部であり、第２側部１５３は板状部材の幅方向に係る他方の側部である。図８に示すように板状部材が筒状に巻かれているとき、板状部材の幅方向は、中間筒１５の周方向と同義である。これら第１及び第２側部１５２，１５３は、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに延在されている。
【００８５】
本実施の形態の第２側部１５３は、第１側部１５２の上に重ねられており、中間筒１５の径方向外側に位置されている。図８に示すように、第２側部１５３は、第１側部１５２の外面に沿うようにクランク状に屈曲されていることが好ましい。第２側部１５３が第１側部１５２の外面に沿わされていることにより、第１及び第２側部１５２，１５３間に隙間が生じることを回避することができる。第１及び第２側部１５２，１５３間の隙間は、主流路１２４ａ1の第２流体３の流れを阻害するため好ましくない。
【００８６】
本実施の形態の熱交換器１では、中間流路１２４ａの高さが供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃの高さよりも低くされているので、供給側側部流路１２４ｂ及び排出側側部流路１２４ｃにおいてハニカム構造体１０の周方向に第２流体３を行き渡らせることができるともに、中間流路１２４ａにおいて熱交換を行わない第２流体３を減らすことができ、熱交換効率を向上できる。この構成は、ハニカム構造体１０の温度が低い低負荷時における熱交換効率（熱の回収効率）の向上に特に有用である。
【００８７】
また、本実施の形態の熱交換器１では、第２流体３が第１流体２と並行に流れるので、中間流路１２４ａにおいて熱交換を行わない第２流体３を減らすことができ、熱交換効率を向上できる。さらには、暖められた第２流体３をより短時間で排出でき、熱の回収効率を向上できる。
【００８８】
さらに、本実施の形態の熱交換器１では、供給側側部流路１２４ｂが第１流体２の流れ方向に関する排出側側部流路１２４ｃの下流側に配置されているので、中間流路１２４ａにおいて第２流体３を第１流体２に逆行させることができ、第２流体３が軸方向１０ｃに向かうにつれて、第２流体３がより高い温度の第１流体２（内筒１１）と熱交換することができ、熱交換効率を向上することができる。
【００８９】
さらにまた、本実施の形態の熱交換器１では、主流路１２４ａ1の高さが０．１５ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下であり、副流路１２４ａ2の高さが０．０５ｍｍ以上かつ３ｍｍ以下であり、副流路１２４ａ2の高さに対する主流路１２４ａ1の高さの割合が１．６以上かつ１０以下であるので、より確実に熱遮断性能及び熱の回収性能の両立を図ることができる。
【００９０】
また、本実施の形態の熱交換器１では、副流路１２４ａ2に連通する開口部１５０が中間筒１５の端部と内筒１１との間に設けられているので、副流路１２４ａ2内で発生した第２流体３の蒸気（気泡）を副流路１２４ａ2内に留めやすくすることができる。これにより、副流路１２４ａ2内の第２流体３の蒸気層を増やすことができ、熱遮断性能を向上させることができる。
【００９１】
さらに、本実施の形態の熱交換器１では、ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに直交する面における中間筒１５の端部と内筒１１との間の全面積に占める開口部１５０の面積が１％以上かつ５０％以下であるので、熱の回収性能及び熱遮断性能をより確実に両立することができる。
【００９２】
さらにまた、本実施の形態の熱交換器１では、スペーサ１６がハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関してハニカム構造体１０の第１及び第２端面１０ａ，１０ｂの外側に配置されているので、ハニカム構造体１０の熱がスペーサ１６を通して中間筒１５に伝わりにくくすることができ、熱遮断性能を向上することができる。
【００９３】
また、本実施の形態の熱交換器１では、スペーサ１６がハニカム構造体１０の軸方向１０ｃに関してハニカム構造体の端面から０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下の距離だけ離れた位置に配置されているので、熱遮断性能が低下を回避できるとともに、熱交換器１の寸法が不必要に大きくなることを回避できる。
【００９４】
さらにまた、スペーサ１６は、液相の第２流体３の通過を許容しつつ、第２流体３の気泡の通過を阻害する三次元構造を有しているので、副流路１２４ａ2内への第２流体３の流入が穏やかにすることができ、振動及び騒音の発生を抑制できる。また、気相の第２流体３が副流路１２４ａ2に溜まりやすくすることができ、気相の第２流体３による熱交換の抑制をより確実に発揮させることができる。
【００９５】
実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２による熱交換器１の断面図である。実施の形態１では、供給側側部流路１２４ｂが第１流体２の流れ方向に関する排出側側部流路１２４ｃの下流側に配置されているように説明した。しかしながら、図９に示すように、実施の形態２の熱交換器１では、供給側側部流路１２４ｂが第１流体２の流れ方向に関する排出側側部流路１２４ｃの上流側に配置されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００９６】
本実施の形態２のように、供給側側部流路１２４ｂが第１流体２の流れ方向に関する排出側側部流路１２４ｃの上流側に配置されていてもよい。
【００９７】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３による熱交換器１における内筒１１及び中間筒１５とスペーサ１６との関係について示す説明図である。本実施の形態３の中間筒１５は、図１０の（ａ）及び（ｃ）に示す工程を経て形成される。
【００９８】
図１０の（ａ）に示す工程では、内筒１１の外周面上に第１及び第２スペーサ１６１，１６２が配置される。第１スペーサ１６１は、固定部１６１ａにより内筒１１に固定されている。固定部１６１ａは、溶接により形成され得る。図１０の（ａ）に示す工程では、第２スペーサ１６２に固定されていない。
【００９９】
図１０の（ｂ）に示す工程では、内筒１１との間に第１及び第２スペーサ１６１，１６２を挟み込むように板状部材が筒状に巻かれることによって中間筒１５が形成される。また、内筒１１、第２スペーサ１６２及び中間筒１５に接するように壁体１５１が形成されている。本実施の形態３の壁体１５１は、中間筒１５及び内筒１１を互いに固定するために中間筒１５及び内筒１１に付着された溶融金属が固化されたものである。壁体１５１を介して内筒１１、第２スペーサ１６２及び中間筒１５が互いに固定されている。一方、第１スペーサ１６１は、中間筒１５に固定されていない（非固定とされている）。すなわち、本実施の形態３では、第２スペーサ１６２が中間筒１５及び内筒１１の両方に固定される一方で、第１スペーサ１６１が内筒１１に固定されているとともに中間筒１５に非固定とされている。これとは逆に、第１スペーサ１６１が中間筒１５及び内筒１１の両方に固定される一方で、第２スペーサ１６２が内筒１１に固定されているとともに中間筒１５に非固定とされていてもよい。その他の構成は、実施の形態１，２と同様である。
【０１００】
仮に、第１及び第２スペーサ１６１，１６２の両方が中間筒１５及び内筒１１の両方にそれぞれ固定されていると、以下の事象が生じる虞がある。すなわち、副流路１２４ａ2内で第２流体３の蒸気（気泡）が発生し、副流路１２４ａ2の第２流体３と主流路１２４ａ1の第２流体３との熱交換が抑制されているとき、内筒１１と中間筒１５との間に温度差が生じる。このとき、第１流体２の熱により内筒１１が加熱される一方で、主流路１２４ａ1の第２流体３により中間筒１５が冷却されるため、中間筒１５よりも内筒１１が膨張する。第１及び第２スペーサ１６１，１６２の両方が中間筒１５及び内筒１１の両方にそれぞれ固定されている場合、中間筒１５と内筒１１との間の膨張差による応力により第１及び第２スペーサ１６１，１６２の固定箇所が破損して、中間筒１５と内筒１１との位置関係にずれが生じて副流路１２４ａ2が失われてしまう。
【０１０１】
本実施の形態３のように、第２スペーサ１６２が中間筒１５及び内筒１１の両方に固定される一方で、第１スペーサ１６１が内筒１１に固定されているとともに中間筒１５に非固定とされていることで、中間筒１５と内筒１１との間の膨張差による応力により第１及び第２スペーサ１６１，１６２の固定箇所が破損して、中間筒１５と内筒１１との位置関係にずれが生じて副流路１２４ａ2が失われてしまうことを回避できる。
【０１０２】
実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４による熱交換器１の断面図である。実施の形態１では、コーン１７０の一端１７０ａが外筒１２の端壁１２３に当接されて固定されていると説明した（図１参照）。このような固定方法の場合、コーン１７０と外筒１２との固定箇所に応力が集中し、この固定箇所が損傷する虞がある。本実施の形態４の熱交換器１は、コーン１７０と外筒１２との固定箇所が破損する虞を低減できるように構成されている。
【０１０３】
図１１に示すように、本実施の形態４の外筒１２の膨径周壁１２１の側方には、直線周壁１２３ａと接続周壁１２３ｂとが設けられている。本実施の形態の直線周壁１２３ａは、外筒１２の軸方向（ハニカム構造体１０の軸方向１０ｃ）に関して膨径周壁１２１から離れた位置で、内筒１１の外周面の延在方向に沿って直線状に延在された周壁である。本実施の形態の直線周壁１２３ａの内周面は内筒１１の外周面に接触されている。直線周壁１２３ａの内径は、中央周壁１２０の内径よりも小さくされている。直線周壁１２３ａは、外筒１２の端部を構成する。接続周壁１２３ｂは、膨径周壁１２１と直線周壁１２３ａとを接続する周壁である。本実施の形態４の接続周壁１２３ｂは外筒１２の軸方向に対して傾斜して延在されており、接続周壁１２３ｂの内径は膨径周壁１２１から直線周壁１２３ａに向けて徐々に小さくされている。しかしながら、接続周壁１２３ｂは外筒１２の軸方向に対して直交する面に沿って延在されていてもよい。
【０１０４】
本実施の形態４の外筒１２の形状は、外筒１２の軸方向に係る中央位置を中心に対称とされている。すなわち、外筒１２の軸方向に係る一端側の直線周壁１２３ａ及び接続周壁１２３ｂの形状及び内径は、外筒１２の軸方向に係る他端側の直線周壁１２３ａ及び接続周壁１２３ｂの形状及び内径と同じである。
【０１０５】
本実施の形態４のコーン１７０の一端１７０ａは、直線周壁１２３ａの外周面の延在方向に沿って直線状に延在されている。また、コーン１７０の一端１７０ａの内周面は、直線周壁１２３ａの外周面に接触されている。すなわち、コーン１７０の一端１７０ａは外筒１２の端部（直線周壁１２３ａ）と面接触されている。このような状態で、コーン１７０の一端１７０ａが直線周壁１２３ａ（外筒１２）に固定されている。その他の構成は、実施の形態１〜３と同様である。
【０１０６】
本実施の形態４の熱交換器１では、コーン１７０の一端が、外筒１２の端部（直線周壁１２３ａ）の外周面の延在方向に沿って延在されるとともに、外筒１２の端部と面接触された状態で、その外筒１２の端部に固定されているので、コーン１７０の一端を外筒１２に当接させた状態で固定する実施の形態１の態様と比較して、コーン１７０と外筒１２との固定領域を広げることができる。これにより、コーン１７０と外筒１２との固定箇所が破損する虞を低減できる。
【０１０７】
実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５による熱交換器１の断面図である。実施の形態４では、外筒１２の軸方向に係る一端側の直線周壁１２３ａ及び接続周壁１２３ｂの形状及び内径は、外筒１２の軸方向に係る他端側の直線周壁１２３ａ及び接続周壁１２３ｂの形状及び内径と同じであると説明した。このような構成の場合、ハニカム構造体１０、内筒１１及び中間筒１５が一体とされた熱交換器素体に外筒１２を組付けることが難しい。本実施の形態５の熱交換器１は、本実施の形態４の熱交換器１と比較して、熱交換器素体と外筒１２との組付けをより容易に行うことができるように構成されている。
【０１０８】
図１２に示すように、本実施の形態５の外筒１２の形状は、外筒１２の軸方向に係る中央位置を中心に非対称とされている。すなわち、外筒１２の軸方向に係る一端側の内径が、外筒１２の軸方向に係る他端側の内径よりも大きくされている。より具体的には、外筒１２の軸方向に係る一端側の直線周壁１２３ａ（１２３ａ1）の内径が、外筒１２の軸方向に係る他端側の直線周壁１２３ａ（１２３ａ2）の内径よりも大きくされている。一端側の直線周壁１２３ａ（１２３ａ1）の内径は、中間筒１５の外径よりも大きくされている。一端側の直線周壁１２３ａ（１２３ａ1）と内筒１１との間には、環状のキャップ部材１８が嵌められている。一端側の直線周壁１２３ａは、環状のキャップ部材１８を介して内筒１１に溶接等により固定されている。その他の構成は、実施の形態１〜４と同様である。
【０１０９】
本実施の形態５の熱交換器１では、外筒１２の軸方向に係る一端側の内径が外筒１２の軸方向に係る他端側の内径よりも大きくされているので、熱交換器素体と外筒１２との組付けをより容易に行うことができる。
【０１１０】
実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６による熱交換器１の断面図である。実施の形態５では、外筒１２の軸方向に係る一端側の内径を外筒１２の軸方向に係る他端側の内径よりも大きくし、一端側と内筒１１との間に環状のキャップ部材１８を嵌めるように説明した。このような構成の場合、キャップ部材１８の分だけ部品点数が増大してしまう。本実施の形態６の熱交換器１は、実施の形態５の熱交換器１と比較して、部品点数を削減できるように構成されている。
【０１１１】
図１３に示すように、本実施の形態６の内筒１１の一端には、拡径部１１ａが設けられている。拡径部１１ａの外径は、外筒１２の軸方向に係る一端側の直線周壁１２３ａ（１２３ａ1）の内径と等しくされている。すなわち、拡径部１１ａの外周面は一端側の直線周壁１２３ａの内周面に接触されている。拡径部１１ａは一端側の直線周壁１２３ａと溶接等により固定されている。その他の構成は、実施の形態１〜５と同様である。
【０１１２】
次に、図１４は、図１３の熱交換器１の製造方法を説明するための断面図である。この断面図は、ハニカム構造体１０の第１流路に平行な方向の断面図である。
【０１１３】
まず、図１４の（ａ）に示されるように、内筒１１内にハニカム構造体１０が嵌入されたエレメント６０を準備する。
【０１１４】
その次に、図１４の（ｂ）に示されるように、内筒１１の外周にスペーサ１６を配置するとともに、そのスペーサ１６の外周に中間筒１５を配置する。スペーサ１６の固定は、実施の形態３で説明した態様を採ることが好ましい。また、中間筒１５を構成する板状部材の側端部は図８に示すように処理されることが好ましい。
【０１１５】
その次に、図１４の（ｃ）に示されるように、内筒１１及び中間筒１５の外周に外筒１２を配置した後に、外筒１２の軸方向に係る両側端において外筒１２を内筒１１に溶接等により固定する。外筒１２の軸方向に係る一端側の内径は内筒１１の拡径部１１ａに対応し、外筒１２の他端側の内径は内筒１１の小径部の外径に対応している。このため、外筒１２に対するエレメント６０等の挿入方向を間違い難くすることができる。
【０１１６】
その次に、図１４の（ｄ）に示されるように、コーン１７０を外筒１２の両側端に嵌めるとともに溶接等により固定する。
【０１１７】
本実施の形態６の熱交換器１では、外筒１２の軸方向に係る一端側に接触するように拡径された拡径部１１ａが内筒１１の一端に設けられているので、実施の形態５のキャップ部材１８を不要とすることができ、部品点数を削減できる。また、拡径部１１ａがハニカム構造体１０と接触しない位置に設けられていることで、内筒１１が高温となったときの内筒１１の伸びしろを確保することができる。内筒１１が高温となったときに内筒１１の膨張を伸びしろで逃がすことにより、内筒１１が歪曲することによる高温時の熱交換器１の熱の回収効率の低下を抑えることができる。さらに、拡径部１１ａが内筒１１の一端に設けられているので、構成する部材の位置、挿入方向などの間違いが生じ難く、組付け易いため、製造し易い。
【０１１８】
実施の形態７．
図１５は本発明の実施の形態７による熱交換器１の要部を示す断面図であり、図１６は図１５の熱交換器１の要部の変形例を示す断面図である。本実施の形態の熱交換器１では、内筒１１、外筒１２及び中間筒１５の少なくとも１つに乱流発生部７が設けられる。乱流発生部７は、第２流路１２４を通る第２流体３に乱流を発生させる部分である。第２流路１２４を通る第２流体３に乱流を生じさせることにより、第２流路１２４内で第２流体３が攪拌される。これによって、第１流体と第２流体との間の熱伝達率が向上するため、第１流体２と第２流体３との間の熱交換効率を向上させることができる。
【０１１９】
図１５の（ａ）〜（ｄ）では、乱流発生部７が外筒１２に設けられている態様を示している。図１５の（ａ）に示すように、乱流発生部７は外筒１２の一部を縮径した縮径部とすることができる。図１５の（ｂ）に示すように、縮径部からなる複数の乱流発生部７を外筒１２に設けてもよい。乱流発生部７の形状は、乱流を発生させ得る形状であれば特に限定されない。例えば、図１５の（ｃ）に示すように突起部により乱流発生部７を構成してもよく、図１５の（ｄ）に示すように凹部により乱流発生部７を構成してもよい。
【０１２０】
図１６の（ａ）は、中間筒１５の一部を拡径した拡径部からなる複数の乱流発生部７が中間筒１５に設けられている態様を示している。図１６の（ａ）に示すように中間筒１５の壁面の一部を主流路１２４ａ1内に向けて突出させた拡径部からなる乱流発生部７を設けた場合、その拡径部は副流路１２４ａ2において凹部からなる乱流発生部７を兼ねる。乱流発生部７が設けられる内筒１１、外筒１２及び中間筒１５の組み合わせは任意である。例えば、図１６の（ｂ）に示すように内筒１１及び外筒１２に乱流発生部７が設けられてもよく、図１６の（ｃ）に示すように外筒１２及び中間筒１５に乱流発生部７が設けられてもよく、図１６の（ｄ）に示すように内筒１１、外筒１２及び中間筒１５に乱流発生部７が設けられてもよい。図１６の（ｄ）に示すように異なる態様の乱流発生部７が組み合わされてもよい。
【０１２１】
ハニカム構造体１０の周方向及び軸方向に関する乱流発生部７の配置は任意である。乱流の影響を大きくするとの観点から、第２流体３の流れ方向に関する第２流路１２４の上流側に乱流発生部７が配置されていることが好ましい。ハニカム構造体１０の周方向に連続的に１つの乱流発生部７が設けられていてもよく、ハニカム構造体１０の周方向に複数の乱流発生部７が互いに離間されていてもよい。また、乱流発生部７がらせん状に配置されていてもよい。その他の構成は実施の形態１〜６と同様である。
【０１２２】
本実施の形態７の熱交換器１では、第２流路１２４を通る第２流体３に乱流を発生させる乱流発生部７が内筒１１、外筒１２及び中間筒１５の少なくとも１つに設けられているので、第１流体２と第２流体３との間の熱交換効率を向上させることができる。
【０１２３】
実施の形態８．
図１７は、本発明の実施の形態８による熱交換器１の断面図である。本発明の実施形態１〜７に係る熱交換器は、浄化機能を得るために、浄化装置と配管で接続する必要があることから、配置スペースの確保が難しい。そこで、本発明の実施形態８に係る熱交換器では、図１７に示すように、第１流体２の流れ方向に関するハニカム構造体１０の上流側に配置された浄化手段８０を外筒１２と一体に設けられたフレーム８１によって支持することで、ハニカム構造体１０、内筒１１、外筒１２及び中間筒１５を含む熱交換部材８２に浄化手段８０を一体化させている。この構成を採ることにより、熱交換部材８２と浄化手段８０とを配管によって接続する必要性を無くすことができ、省スペース化を図ることができる。
【０１２４】
フレーム８１は、例えば溶接等により外筒１２に一体化された部材である。フレーム８は、実施の形態１〜７の構成に追加されてもよいし、実施の形態１〜７のコーン１７０を変形させて構成してもよい。
【０１２５】
浄化手段８０は、ハニカム構造体１０に導入される前に第１流体２を浄化するための部材である。浄化手段８０としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。浄化手段８０の例としては、触媒を担持した触媒体、フィルタなどが挙げられる。触媒としては、例えば、第１流体２として排ガスを用いる場合、排ガスを酸化又は還元する機能を有する触媒を用いることができる。触媒としては、貴金属（例えば、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、金など）、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、バリウムなどが挙げられる。これらの元素は、金属単体、金属酸化物、及びそれ以外の金属化合物であってもよい。また、触媒は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。その他の構成は、実施の形態１〜７と同様である。
【０１２６】
本実施の形態８の熱交換器１では、第１流体２の流れ方向に関するハニカム構造体１０の上流側に配置された浄化手段８０が外筒１２と一体に設けられたフレーム８１によって支持されているので、熱交換部材８２と浄化手段８０とを配管によって接続する必要性を無くすことができ、省スペース化を図ることができる。
【０１２７】
実施の形態９．
図１８は、本発明の実施の形態９による熱交換器１の断面図である。実施の形態８では第１流体２の流れ方向に関する熱交換部材８２の上流側に浄化手段８０が配置されるように説明したが、図１８に示すように、第１流体２の流れ方向に関する浄化手段８０の上流側に熱交換部材８２を配置してもよい。その他の構成は実施の形態１〜８と同様である。
【０１２８】
本実施の形態９の熱交換器１では、第１流体２の流れ方向に関する浄化手段８０の上流側に熱交換部材８２が配置されているので、浄化手段８０で熱を奪われる前のより高温の第１流体２と第２流体３を熱交換させることができ、熱交換効率を向上させることができる。
【０１２９】
実施の形態１０．
図１９は、本発明の実施の形態１０による熱交換器１の断面図である。実施の形態８（図１８）のように浄化手段８０の上流側に熱交換部材８２を配置した場合、熱交換効率を向上できる一方で、浄化手段８０を通過する際の第１流体２の温度が低下してしまう。第１流体２の温度が低下すると、浄化手段８０における第１流体２の浄化性能が低下する虞がある。本実施の形態１０の熱交換器１では、図１９に示すように、実施の形態８の浄化手段８０を第１及び第２浄化体８０ａ，８０ｂに分割し、これら第１及び第２浄化体８０ａ，８０ｂの間に熱交換部材８２を配置している。第１流体２の流れ方向に関する第１及び第２浄化体８０ａ，８０ｂのそれぞれの長さは、同方向に関する実施の形態８の浄化手段８０の長さよりも短い。より具体的には、第１及び第２浄化体８０ａ，８０ｂのそれぞれの長さは、実施の形態８の浄化手段８０の半分とされている。但し、第１及び第２浄化体８０ａ，８０ｂのそれぞれの長さを異なるようにしてもよい。その他の構成は実施の形態１〜９と同様である。
【０１３０】
本実施の形態１０の熱交換器１では、第１及び第２浄化体８０ａ，８０ｂの間に熱交換部材８２が配置されているので、熱交換効率を向上と第１流体２の浄化性能との両立を図ることができる。
【０１３１】
実施の形態１１．
図２０は、本発明の実施の形態１１による熱交換器１の断面図である。実施の形態８，〜１０では、１つ又は複数の浄化手段８０に１つの熱交換部材８２を一体化させるように説明した。しかしながら、図２０に示すように、１つ又は複数の浄化手段８０に２つの熱交換部材８２を一体化させてもよい。図２０では、第１流体２の流れ方向に関する浄化手段８０の上流側及び下流側の両方に熱交換部材８２をそれぞれ配置している。しかしながら、浄化手段８０の上流側に２つの熱交換部材８２を配置してもよく、浄化手段８０の下流側に２つの熱交換部材８２を配置してもよい。１つ又は複数の浄化手段８０に一体化させるハニカム構造体１０（熱交換部材８２）の数は３つ以上でもよい。その他の構成は実施の形態１〜１２と同様である。
【０１３２】
本実施の形態１１の熱交換器１では、１つ又は複数の浄化手段８０に複数の熱交換部材８２が一体化されているので、熱交換効率をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１  熱交換器
１０  ハニカム構造体
１１  内筒
１２  外筒
１２４  第２流路
１２４ａ  中間流路
１２４ａ1  主流路
１２４ａ2  副流路
１２４ｂ  供給側側部流路
１２４ｃ  排出側側部流路
１３  供給管
１４  排出管
１５  中間筒
１６  スペーサ
１６１  第１スペーサ
１６２  第２スペーサ
２  第１流体
３  第２流体
７  乱流発生部
８０  浄化手段
８１  フレーム
【図１】
2019184224.tif 000003
【図２】
2019184224.tif 000004
【図３】
2019184224.tif 000005
【図４】
2019184224.tif 000006
【図５】
2019184224.tif 000007
【図６】
2019184224.tif 000008
【図７】
2019184224.tif 000009
【図８】
2019184224.tif 000010
【図９】
2019184224.tif 000011
【図１０】
2019184224.tif 000012
【図１１】
2019184224.tif 000013
【図１２】
2019184224.tif 000014
【図１３】
2019184224.tif 000015
【図１４】
2019184224.tif 000016
【図１５】
2019184224.tif 000017
【図１６】
2019184224.tif 000018
【図１７】
2019184224.tif 000019
【図１８】
2019184224.tif 000020
【図１９】
2019184224.tif 000021
【図２０】
2019184224.tif 000022