(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に設けられた排気分配部と、前記排気分配部を挟んで前記排気系の上流側及び下流側に設けられた２つの排気分岐部と、２つの前記排気分岐部に連結するように配設された熱交換部と、を備え、
前記排気分配部は、当該排気分配部が設けられた前記排気系の通気抵抗を変更し、前記排気分岐部に流れる排気ガスの排気量を可変して、前記熱交換部における熱回収量を調整する、排気分配機構を有し、
前記熱交換部は、第一端面及び第二端面を有し、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向の中央部分が空洞の中空柱状のハニカム体と、前記ハニカム体を収容するケーシングと、を有し、
前記ハニカム体は、隔壁を有し、前記隔壁によって、前記第一端面から前記第二端面まで延びる、排気ガスの流路となる複数のセルが区画形成されたものであり、
前記ケーシングは、前記ハニカム体の外周を覆うように配置された第一ケーシングと、前記第一ケーシングの外周に配置された第二ケーシングと、を有し、当該ケーシングは、前記第一ケーシングと前記第二ケーシングとの間に、前記排気ガスとの熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体の経路が形成されたものであり、
前記熱交換部は、前記ハニカム体の前記複数のセルによって形成された流路と、２つの前記排気分岐部のうちの一方の前記排気分岐部とが連通し、且つ、前記ハニカム体に形成された前記空洞と、２つの前記排気分岐部のうちのもう一方の前記排気分岐部とが連通するように配設されている、排熱回収器。
【請求項２】
前記ケーシングは、前記第一ケーシングの外周面の全域に、前記熱交換媒体の経路が形成されたものである、請求項１に記載の排熱回収器。
【請求項３】
前記排気分配部は、前記排気系の通気抵抗が最小となるように変化させた時に、２つの前記排気分岐部のうちのいずれか一方の前記排気分岐部を閉鎖する、請求項１又は２に記載の排熱回収器。
【請求項４】
前記熱交換部が、前記排気分岐部から分離可能に構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排熱回収器。
【請求項５】
前記ハニカム体は、中央部分の前記空洞の内側に、円筒状の内壁構造が備わっている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の排熱回収器。
【請求項６】
前記排気分配部を構成する排気系の配管の延びる方向に対して、前記ハニカム体の前記第一端面が、平行である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の排熱回収器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収器に関する。更に詳しくは、装置の小型化を実現することができるとともに、熱遮断性に優れた排熱回収器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関を有する自動車などの排気系に設けられ、排気熱を回収する排熱回収器が種々提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。このような排熱回収器としては、例えば、内燃機関の運転状態と媒体（冷却水）の温度に応じて、排気系の弁体を開閉させることにより、排気ガスの流路を、排気系上の熱交換器とそれを迂回するバイパス経路とで切り替えるように構成されたものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、排気ガス熱交換器を冷却水管より形成し排気ガス通路内に排気ガス通路の排気ガス流れ方向に沿って設置すると共に、排気ガス流れを乱すことで排気ガスと冷却水管の熱交換を促進させる促進部を有する固定部材により排気ガス通路内に固定した排気ガス熱回収装置が開示されている。また、特許文献２には、回転軸を有し、連通穴を有する弁体を前記回転軸の軸を中心として回動させることにより流路を開閉制御するバルブ、及びこのようなバルブを用いた排気熱回収装置が提案されている。特許文献１及び２に開示されたような排気ガス熱回収装置においては、排気ガスの通路を切り換えるための切替バルブの切替により、排気熱を適切に回収することができるため、排気熱の回収が容易である。また、切替バルブの切替により、排気熱を回収するため、熱遮断性にも優れる。
【０００４】
特許文献３には、内燃機関からの排気流路に介装され、上流側からの排気を下流側に導く排気管と、排気と熱交換媒体との間で熱交換を行う排気熱回収部と、排気熱回収部を通る排気の流れに切り換える切換バルブとを備えた排気熱回収装置が開示されている。特許文献３の排気熱回収装置は、排気管を通った排気が、排気管外周と積層体との間の隙間を通り、更に、ジャケット素子の間の隙間を通って、筒状シェル内周と積層体との間の隙間から下流に流出するように構成されている。
【０００５】
また、特許文献４には、熱交換器と、排気ガスが熱交換器を迂回するバイパス経路と、を備えた排気熱回収装置が開示されている。特許文献４の排気熱回収装置は、第１弁体と第２弁体とを設け、第１弁体及び第２弁体が閉じたときにバイパス経路を閉塞し、第１弁体及び第２弁体の少なくとも一方が開いたときにバイパス経路を開放するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２３６８６３号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１３７２１号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３０１５９号公報
【特許文献４】特開２０１５−３１２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び２に記載されたような排熱回収器は、熱回収流路とバイパス流路との２系統の排気流路を備え、その切替えを切替バルブによって行うため、構造が複雑になるという問題があった。また、２系統の排気流路を備えているため、装置が大型にならざるを得ないという問題もあった。
【０００８】
特許文献３及び４に記載されたような排熱回収器は、熱回収流路とバイパス流路とが同軸上に存在するため、熱回収流路とバイパス流路を近づけて配置することが可能となり、装置の大型化を抑制することができる。しかしながら、このような排熱回収器は、バイパス流路に排気ガスを流す際の熱遮断性が悪いという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題を鑑みてなされたものである。本発明によれば、装置の小型化を実現することができるとともに、熱遮断性に優れた排熱回収器が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するため、本発明は、以下の排熱回収器を提供する。
【００１１】
［１］  排気系に設けられた排気分配部と、前記排気分配部を挟んで前記排気系の上流側及び下流側に設けられた２つの排気分岐部と、２つの前記排気分岐部に連結するように配設された熱交換部と、を備え、前記排気分配部は、当該排気分配部が設けられた前記排気系の通気抵抗を変更し、前記排気分岐部に流れる排気ガスの排気量を可変して、前記熱交換部における熱回収量を調整する、排気分配機構を有し、前記熱交換部は、第一端面及び第二端面を有し、前記第一端面から前記第二端面に向かう軸方向の中央部分が空洞の中空柱状のハニカム体と、前記ハニカム体を収容するケーシングと、を有し、前記ハニカム体は、隔壁を有し、前記隔壁によって、前記第一端面から前記第二端面まで延びる、排気ガスの流路となる複数のセルが区画形成されたものであり、前記ケーシングは、前記ハニカム体の外周を覆うように配置された第一ケーシングと、前記第一ケーシングの外周に配置された第二ケーシングと、を有し、当該ケーシングは、前記第一ケーシングと前記第二ケーシングとの間に、前記排気ガスとの熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体の経路が形成されたものであり、前記熱交換部は、前記ハニカム体の前記複数のセルによって形成された流路と、２つの前記排気分岐部のうちの一方の前記排気分岐部とが連通し、且つ、前記ハニカム体に形成された前記空洞と、２つの前記排気分岐部のうちのもう一方の前記排気分岐部とが連通するように配設されている、排熱回収器。
【００１２】
［２］  前記ケーシングは、前記第一ケーシングの外周面の全域に、前記熱交換媒体の経路が形成されたものである、前記［１］に記載の排熱回収器。
【００１３】
［３］  前記排気分配部は、前記排気系の通気抵抗が最小となるように変化させた時に、２つの前記排気分岐部のうちのいずれか一方の前記排気分岐部を閉鎖する、前記［１］又は［２］に記載の排熱回収器。
【００１４】
［４］  前記熱交換部が、前記排気分岐部から分離可能に構成されている、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排熱回収器。
【００１５】
［５］  前記ハニカム体は、中央部分の前記空洞の内側に、円筒状の内壁構造が備わっている、前記［１］〜［４］のいずれかに記載の排熱回収器。
【００１６】
［６］  前記排気分配部を構成する排気系の配管の延びる方向に対して、前記ハニカム体の前記第一端面が、平行である、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の排熱回収器。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の排熱回収器は、装置の小型化を実現することができるとともに、熱遮断性に優れたものである。即ち、本発明の排熱回収器は、熱交換部として、第一端面から第二端面に向かう軸方向の中央部分が空洞の中空柱状のハニカム体を用いている。そして、このようなハニカム体をケーシングに収納した熱交換部が、排気系に設けられた２つの排気分岐部に連結するように配設されている。そして、２つの排気分岐部の間には、排気系の通気抵抗を変更し、排気分岐部に流れる排気ガスの排気量を可変するための排気分配部が設けられている。例えば、排気分配部により、当該排気分配部が設けられた排気系の通気抵抗を大きくすることにより、１つの排気分岐部から、熱交換部のハニカム体の実体部分（複数のセルによって形成された流路）に排気ガスを優先的に流入させ、排熱を回収することができる。また、熱回収済みの排気ガスについては、ハニカム体の中央部分の空洞を通じて、もう１つの排気分岐部から排出することができる。一方、排気熱の回収を抑制したい場合には、排気分配部が設けられた排気系の通気抵抗を小さくすることにより、熱交換部を迂回するように排気ガスを優先的に流すことができる。
【００１８】
本発明の排熱回収器は、上述したように、１つの排気系に対して、ハニカム体を有する熱交換部を配設することにより排熱を回収しているため、熱回収を行うための流路と、バイパス流路（排気熱の回収を抑制したい場合の、排気ガスの経路）と、の２つの流路を設ける必要が無く、装置の小型化を実現することができる。また、装置の構造についても簡便なものとなる。更に、本発明の排熱回収器は、熱交換部における熱の受け渡し媒体であるハニカム体と、バイパス流路との接触面積が少なく、熱遮断性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す上面図である。
【図２】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。
【図３】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す平面図であり、図２に示す排熱回収器を矢印Ａの方向に見た平面図である。
【図４】本発明の排熱回収器の第一実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【図５】本発明の排熱回収器の第一実施形態に用いられるハニカム体を模式的に示す斜視図である。
【図６Ａ】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。
【図６Ｃ】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す平面図であり、図６Ｂに示す排熱回収器を矢印Ｂの方向に見た平面図である。
【図７Ａ】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す斜視図であって、排気系の流れ方向に平行な面で切断した状態を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す斜視図であって、排気系の流れ方向に直交する面で切断した状態を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す別の斜視図であって、排気系の流れ方向に平行な面で切断した状態を示す図である。
【図７Ｄ】本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す別の斜視図であって、排気系の流れ方向に直交する面で切断した状態を示す図である。
【図８Ａ】本発明の排熱回収器の第一実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【図８Ｂ】本発明の排熱回収器の第一実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【図９】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す上面図である。
【図１０】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。
【図１１】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す平面図であり、図１０に示す排熱回収器を矢印Ｃの方向に見た平面図である。
【図１２Ａ】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図１２Ｂ】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す平面図であり、図１２Ｂに示す排熱回収器を矢印Ｄの方向に見た平面図である。
【図１３Ａ】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す斜視図であって、排気系の流れ方向に平行な面で切断した状態を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す斜視図であって、排気系の流れ方向に直交する面で切断した状態を示す図である。
【図１３Ｃ】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す別の斜視図であって、排気系の流れ方向に平行な面で切断した状態を示す図である。
【図１３Ｄ】本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す別の斜視図であって、排気系の流れ方向に直交する面で切断した状態を示す図である。
【図１４Ａ】本発明の排熱回収器の第二実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【図１４Ｂ】本発明の排熱回収器の第二実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【図１５】比較例１の排熱回収器を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（１）排熱回収器：
本発明の排熱回収器は、排気系に設けられた排気分配部と、排気分配部を挟んで排気系の上流側及び下流側に設けられた２つの排気分岐部と、２つの排気分岐部に連結するように配設された熱交換部と、を備えたものである。本発明の排熱回収器は、内燃機関の排気通路（以下、「排気系」ともいう）に設置し、排気通路を通過する排気ガスの排気熱を回収するために用いられる。排熱回収器においては、排気ガスとの熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体が用いられる。例えば、排熱回収器が、自動車に搭載されて用いられる場合には、熱交換媒体として、水や不凍液（ＪＩＳ  Ｋ  ２２３４で規定されるＬＬＣ）などを用いることができる。
【００２２】
排気分配部は、排気系の通気抵抗を変更し、排気分岐部を流れる排気ガスの排気量を可変して、熱交換部における熱回収量を調整する、排気分配機構を有する。この排気分配機構は、排気熱の回収を抑制したい場合の、排気ガスの経路のバイパスに設けられている。以下、排気分配部が設けられる排気ガスの経路（別言すれば、上記バイパス）を、「バイパス流路」ということがある。
【００２３】
排気分岐部は、排気分配部を挟んで排気系の上流側及び下流側に２つ設けられており、１つの排気分岐部が、熱交換部に排気ガスを流入させるための流入口となり、もう１つの排気分岐部が、熱交換部により熱回収を行った排気ガスを排気系に戻すための流出口となる。
【００２４】
熱交換部は、第一端面及び第二端面を有し、第一端面から第二端面に向かう軸方向の中央部分が空洞の中空柱状のハニカム体と、このハニカム体を収容するケーシングと、を有する。ハニカム体は、隔壁を有し、この隔壁によって、第一端面から第二端面まで延びる、排気ガスの流路となる複数のセルが区画形成されたものである。
【００２５】
熱交換部のケーシングは、ハニカム体の外周を覆うように配置された第一ケーシングと、第一ケーシングの外周に配置された第二ケーシングと、を有する。このケーシングは、第一ケーシングと第二ケーシングとの間に、排気ガスとの熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体の経路が形成されたものである。そして、熱交換部は、ハニカム体の複数のセルによって形成された流路と、２つの排気分岐部のうちの一方の排気分岐部とが連通し、且つ、ハニカム体に形成された空洞と、２つの排気分岐部のうちのもう一方の排気分岐部とが連通するように配設されている。
【００２６】
本実施形態の排熱回収器は、装置の小型化を実現することができるとともに、熱遮断性に優れたものである。本実施形態の排熱回収器は、例えば、排気分配部により、当該排気分配部が設けられた排気系の通気抵抗を大きくすることにより、１つの排気分岐部から、熱交換部のハニカム体の複数のセルによって形成された流路に排気ガスを優先的に流入させ、排熱を回収することができる。また、熱回収済みの排気ガスについては、ハニカム体の中央部分の空洞を通じて、もう１つの排気分岐部から排出することができる。一方、排気熱の回収を抑制したい場合には、排気分配部が設けられた排気系（バイパス流路）の通気抵抗を小さくすることにより、熱交換部を迂回するように排気ガスを優先的に流すことができる。以下、ハニカム体の中央部分の空洞を除く外周部分、即ち、ハニカム体の隔壁及びこの隔壁によって区画されたセルが存在する外周部分を、「ハニカム体の実体部分」ということがある。なお、熱交換部については、ハニカム体の中央部分の空洞から排気ガスを流入させ、ハニカム体の実体部分を通じて、排気分岐部から排出してもよい。
【００２７】
本実施形態の排熱回収器は、１つの排気系に対して、ハニカム体を有する熱交換部を配設することにより排熱を回収しているため、熱回収を行うための流路と、バイパス流路との２つの流路を設ける必要が無く、装置の小型化を実現することができる。また、装置の構造についても簡便なものとなる。更に、本発明の排熱回収器は、熱交換部における熱の受け渡し媒体であるハニカム体と、バイパス流路と、の接触面積が少なく、熱遮断性にも優れている。また、本発明の排熱回収器は、従来のＳＵＳ製の排熱回収器と異なり、排気ガスと水等の熱交換媒体とを空間的に分離できるため、シンプルな構造を実現することができる。
【００２８】
（１−１）排熱回収器の第一実施形態：
排熱回収器の第一実施形態は、図１〜図５に示す排熱回収器１００である。図１は、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す上面図である。図２は、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。図３は、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す平面図であり、図２に示す排熱回収器を矢印Ａの方向に見た平面図である。図４は、本発明の排熱回収器の第一実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。図５は、本発明の排熱回収器の第一実施形態に用いられるハニカム体を模式的に示す斜視図である。
【００２９】
排熱回収器１００は、排気系に設けられた排気分配部４０と、排気分配部４０を挟んで排気系の上流側６１及び下流側６２に設けられた２つの排気分岐部３０（３０ａ，３０ｂ）と、熱交換部１０と、を備えたものである。
【００３０】
排気分配部４０は、この排気分配部４０が設けられた排気系の通気抵抗を変更し、排気分岐部３０ａ，３０ｂに流れる排気ガスの排気量を可変して、熱交換部１０における熱回収量を調整する、排気分配機構４１を有している。
【００３１】
熱交換部１０は、第一端面１８及び第二端面１９を有し、第一端面１８から第二端面１９に向かう軸方向の中央部分１４が空洞１４ａの中空柱状のハニカム体１１と、ハニカム体１１を収容するケーシング２１と、を有する。
【００３２】
ハニカム体１１は、隔壁１３を有し、この隔壁１３によって、第一端面１８から第二端面１９まで延びる、排気ガスの流路となる複数のセル１２が区画形成されたものである。このように構成されていることにより、ハニカム体１１のセル１２を流通する排気ガス５０の熱を効率よく集熱し、外部（具体的には、熱交換媒体５１）に伝達することができる。また、ハニカム体１１の中央部分１４に形成された空洞１４ａのことを、単に、「ハニカム体１１の空洞１４ａ」ということがある。また、ハニカム体１１の「中央部分１４」とは、中空柱状（ドーナツ形状）のハニカム体１１における軸方向の中央寄りの部分であって、この中央部分１４の周りに、環状のハニカム体１１の実体部分（外周部分１５）が存在することを意味する。例えば、ハニカム体１１の「中央部分１４」は、ハニカム体１１の軸方向に直交する断面における正確な中心を含んでいなくともよい。
【００３３】
ケーシング２１は、ハニカム体１１の外周を覆うように配置された第一ケーシング２２と、第一ケーシング２２の外周に配置された第二ケーシング２３と、を有する。ケーシング２１は、第一ケーシング２２と第二ケーシング２３との間に、排気ガスとの熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体の経路２５が形成されたものである。なお、第一ケーシング２２は、例えば、ハニカム体１１の第一端面１８が排気ガスの出入口となる場合には、ハニカム体１１の外周面及び第二端面１９側を覆うように配置される。そして、第一ケーシング２２は、ハニカム体１１の第二端面１９との間に、ハニカム体１１の実体部分を通過した排気ガスが、当該ハニカム体１１の空洞１４ａへと流れることを阻害しない程度の、隙間を有することが好ましい。
【００３４】
熱交換部１０は、ハニカム体１１の複数のセル１２によって形成された流路と、一方の排気分岐部３０ａとが連通し、且つ、ハニカム体１１に形成された空洞１４ａと、もう一方の排気分岐部３０ｂとが連通するように、排気系に配設されている。
【００３５】
本実施形態の排熱回収器１００は、熱交換部１０に中空柱状のハニカム体１１を用いているため、ハニカム体１１の実体部分を通過する排気ガスの熱を、ケーシング２１に形成された経路２５内を流れる熱交換媒体５１に、有効に伝達することができる。ハニカム体１１の空洞１４ａは、排気ガスの出し入れを行う際の流路として利用する。ハニカム体１１の実体部分と、ハニカム体１１の空洞１４ａとを利用して排気ガスの出し入れを行うことで、装置の小型化を実現することができる。また、このようなハニカム体１１を有する熱交換部１０を用いることにより、熱遮断性に優れ、また、熱交換部１０の過度な圧力損失の上昇を抑制することができる。
【００３６】
本実施形態の排熱回収器１００においては、例えば、排気分岐部３０ａを経由してハニカム体１１の第一端面１８から排気ガスが流入すると、ハニカム体１１の実体部分を通過する際に、熱交換媒体５１と熱交換が行われる。熱交換済みの排気ガス（別言すれば、熱回収済みの排気ガス）は、ハニカム体１１の第二端面１９から流出し、当該ハニカム体１１の外周を覆うように配設された第一ケーシング２２によって、その流れ方向を転じさせ、ハニカム体１１の空洞１４ａへと流れる。そして、ハニカム体１１の空洞１４ａを経由し、更に、排気分岐部３０ｂを通じて、排気系に戻され、以降、この排気系を通じて、適宜外部へと排出される。このように、本実施形態の排熱回収器１００においては、熱交換部１０内における流路と、バイパス流路とを完全に分離することができる。
【００３７】
本実施形態の排熱回収器１００においては、排気分配部４０を構成する排気系の配管４２の延びる方向に対して、ハニカム体１１の第一端面１８が、平行であることが好ましい。例えば、図２に示すように、バイパス流路内の排気ガス５０の流れ方向が、図２の紙面の左側から右側に向かう方向である場合には、ハニカム体１１は、以下のような状態で、ケーシング２１内に収納されていることが好ましい。ハニカム体１１は、その軸方向が、バイパス流路の排気ガス５０の流れ方向に対して直交するような状態で、ケーシング２１内に収納されていることが好ましい。このように構成することによって、排熱回収器１００の小型化が可能である。また、ハニカム体１１を収納する第一ケーシング２２は、空洞１４ａが形成された部分を含め、ハニカム体１１の第二端面１９側においても、排気ガス５０が高頻度に接触するため、伝熱面積を広くとることができる。このため、熱回収効率に優れた排熱回収器を実現することができる。
【００３８】
ハニカム体１１は、中央部分１４が空洞１４ａの中空柱状（ドーナツ形状）であり、空洞１４ａの内側は円筒状に連続した、内壁構造１７が備わっているものであってもよい。
【００３９】
ハニカム体１１の外形は、特に制限はない。ハニカム体１１のセル１２の延びる方向に直交する断面における断面形状は、円形、楕円形、四角形、またはその他の多角形であってもよい。図５に示すハニカム体１１は、セル１２の延びる方向に直交する断面における断面形状が円形のものである。
【００４０】
ハニカム体１１の隔壁１３の材質については特に制限はない。例えば、ハニカム体１１の隔壁１３は、セラミックを主成分とするものや、金属粉末を成形後に焼結させた焼結金属からなるものを挙げることができ、特に、セラミックを主成分とするものであることが好ましい。「セラミックを主成分とする」とは、「隔壁１３の全質量に占めるセラミックの質量比率が５０質量％以上であること」をいう。
【００４１】
中央部分１４の空洞に設けられた内壁構造１７は、例えば、中央部分１４の空洞１４ａに収まるような、例えば、金属製の配管を配設したものであってもよい。なお、中央部分１４の空洞１４ａに設けられた内壁構造１７は、隔壁１３と同一又は異なる成分のセラミックからなるものであってもよい。
【００４２】
ハニカム体１１の隔壁１３がセラミックや焼結金属からなるものである場合には、隔壁１３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１３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。なお、隔壁１３の気孔率は、アルキメデス法により測定した値である。
【００４３】
隔壁１３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。なお、主成分とは、ハニカム体１１の５０質量％以上がＳｉＣであることを意味する。
【００４４】
さらに具体的には、ハニカム体１１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、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣ等を採用することができる。
【００４５】
ハニカム体１１のセル１２の延びる方向に直交する断面におけるセル形状としては、特に制限はない。円形、楕円形、三角形、四角形、六角形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。
【００４６】
ハニカム体１１のセル密度（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、ひいてはハニカム体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、排気ガス５０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。なお、ハニカム体１１のセル密度は、中央部分１４を除いた、外周部分１５におけるセル密度のことである。
【００４７】
ハニカム体１１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。ハニカム体１１のアイソスタティック強度が、１ＭＰａ以上であると、ハニカム体１１の耐久性を十分なものとすることができる。なお、ハニカム体１１のアイソスタティック強度の上限値は、１００ＭＰａ程度である。ハニカム体１１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。
【００４８】
ハニカム体１１の隔壁１３の厚さについては、目的に応じて適宜設計すればよく、特に制限はない。隔壁１３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、排気ガス５０の圧力損失が大きくなったり、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。
【００４９】
ハニカム体１１の熱伝導率は、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。ハニカム体１１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、効率よくハニカム体内の熱を、ハニカム体に嵌合するように配置された第一ケーシング２２を介して、熱交換媒体５１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により測定した値である。
【００５０】
ハニカム体１１の隔壁１３に触媒を担持させてもよい。隔壁１３に触媒を担持させると、排気ガス中の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も可能になる。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より選択された少なくとも一種の元素を含有する触媒を好適例として挙げることができる。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。
【００５１】
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、貴金属を含む触媒の担持量としては、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。
【００５２】
第一ケーシング２２及び第二ケーシング２３の材質としては、例えば、金属、セラミック等が挙げられる。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る。第一ケーシング２２と第二ケーシング２３との間には、排気ガス５０との熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体５１の経路２５が形成される。第二ケーシング２３には、熱交換媒体５１が導入される熱交換媒体導入口２６、及び熱交換媒体５１が排出される熱交換媒体排出口２７を有することが好ましい。熱交換媒体導入口２６、及び熱交換媒体排出口２７は、第二ケーシング２３に少なくとも一対形成されていることが好ましい。
【００５３】
ケーシング２１は、第一ケーシング２２の外周面の全域に、熱交換媒体の経路が形成されたものであってもよい。このように構成することによって、熱交換部１０に流入する排気ガス５０の熱を効率よく集熱し、熱交換媒体５１に良好に伝達することができる。ここで、「第一ケーシング２２の外周面の全域」とは、ハニカム体１１の第一端面１８が排気ガスの出入口となる場合において、このハニカム体１１の外周面及び第二端面１９側を覆うように配置された第一ケーシング２２の外周面の全域のことを意味する。
【００５４】
排気分岐部３０は、排気分配部４０を挟んで排気系の上流側６１及び下流側６２に、それぞれ設けられている。図１〜図４に示す例では、排気分配部４０を挟んで排気系の上流側６１に排気分岐部３０ａとして、排気系を貫通する４つの貫通孔３３が、排気分岐部３０ａの分岐路として設けられ、この４つの貫通孔３３により、排気分岐部３０ａと、熱交換部１０のハニカム体１１の実体部分と、が連通している。また、図１〜図４に示す例では、排気分配部４０を挟んで排気系の下流側６２に排気分岐部３０ｂとして、排気系を貫通する１つの貫通孔３３が、排気分岐部３０ａの分岐路として設けられ、排気分岐部３０ｂと、熱交換部１０のハニカム体１１の空洞１４ａと、が連通している。
【００５５】
排気分岐部３０ａ，３０ｂとして、排気系を貫通する貫通孔３３を設ける場合には、それぞれの貫通孔３３の数については、特に制限はない。熱交換部１０のハニカム体１１の実体部分と連通するための排気分岐部３０ａは、排気分岐部３０ａにおける貫通孔３３の面積（貫通孔３３が複数個の場合は、その総面積）を「Ｓ１」とし、排気系のバイパス流路の断面積を「Ｓ２」とした場合に、Ｓ１／Ｓ２の値が、０．０１以上、０．７以下であることが好ましく、０．１以上、０．５以下であることが特に好ましい。Ｓ１／Ｓ２の値が、０．０１未満であると、熱交換部１０に流入又は流出する際の圧力損失が増大することがある。また、Ｓ１／Ｓ２の値が、０．７を超えると、熱遮断性が悪化する点で好ましくない。
【００５６】
排気分岐部３０ｂにおける貫通孔３３の面積（貫通孔３３が複数個の場合は、その総面積）を「Ｓ３」とし、排気系のバイパス流路の断面積を「Ｓ２」とした場合に、Ｓ３／Ｓ２の値が、０．０１以上、０．７以下であることが好ましく、０．１以上、０．５以下であることが特に好ましい。Ｓ３／Ｓ２の値が、０．０１未満であると、熱交換部１０に流入又は流出する際の圧力損失が増大することがある。また、Ｓ３／Ｓ２の値が、０．７を超えると、熱遮断性が悪化する点で好ましくない。
【００５７】
ハニカム体１１の実体部分の断面積を「Ｓ４」とし、排気系のバイパス流路の断面積を「Ｓ２」とした場合に、Ｓ４／Ｓ２の値が、０．３以上、１．５５以下であることが好ましく、０．３以上、１．０以下であることが特に好ましい。Ｓ４／Ｓ２の値が、０．３未満であると、熱交換部１０に流入又は流出する際の圧力損失が増大することがある。また、Ｓ４／Ｓ２の値が、１．５５を超えると、熱遮断性が悪化する点で好ましくない。
【００５８】
ハニカム体１１の空洞１４ａの断面積を「Ｓ５」とし、排気系のバイパス流路の断面積を「Ｓ２」とした場合に、Ｓ５／Ｓ２の値が、０．０３以上、１．１５以下であることが好ましく、０．３以上、１．０以下であることが特に好ましい。Ｓ５／Ｓ２の値が、０．０３未満であると、熱交換部１０に流入又は流出する際の圧力損失が増大することがある。また、Ｓ５／Ｓ２の値が、１．１５を超えると、熱遮断性が悪化する点で好ましくない。
【００５９】
排気分岐部３０の分岐路は、図１及び図２に示すような貫通孔３３に限定されることはない。例えば、排気分岐部３０の分岐路としては、排気ガス５０のガス流れを少なくとも２系統に分岐して、熱交換部１０と、排気系のバイパス流路とに、それぞれ個々に排気ガス５０を流入させることが可能なものであればよい。
【００６０】
排気分配部４０は、この排気分配部４０が設けられた排気系の通気抵抗を変更し、排気分岐部３０に流れる排気ガス５０の排気量を可変して、熱交換部１０における熱回収量を調整する、排気分配機構４１を有する。図１及び図２に示す排熱回収器１００においては、排気分配部４０を構成する配管４２（別言すれば、バイパス流路）に、開閉弁４３が設けられおり、この開閉弁４３が排気分配機構４１となっている。開閉弁４３が閉となると、配管４２（バイパス流路）の通気抵抗が上昇し、熱交換部１０に流通する排気量が増加する。一方、開閉弁４３が開となると、配管４２の通気抵抗が低下し、熱交換部１０に流通する排気量が減少する。したがって、図１及び図２に示す排熱回収器１００においては、排気熱の回収を促進したい場合には、開閉弁４３を閉とし、排気熱の回収を抑制したい場合には、開閉弁４３を開とすることで、必要に応じて熱回収量を調整することができる。図１及び図２に示す開閉弁４３は、弁棒４４を軸に、弁体４５がガス流れに対して、直交方向から平行方向に９０°移動することで、弁の開閉を行うものである。なお、開閉弁４３の開閉機構は、図１及び図２に示す開閉弁４３に限定されることはない。
【００６１】
排気分配部４０は、バイパス流路となる排気系の通気抵抗が最小となるように変化させた時に、２つの排気分岐部３０ａ，３０ｂのうちのいずれか一方の排気分岐部（図２においては、排気分岐部３０ｂ）を閉鎖するように構成されていてもよい。本実施形態の排熱回収器においては、熱交換部１０の背圧と、排気系のバイパス流路の背圧と、を比較した場合、総じて、熱交換部１０の背圧が大きくなることが多い。このため、排気熱の回収を抑制したい場合において、開閉弁４３を開とするのみで、特段、排気分岐部３０ａ，３０ｂのうちのいずれか一方を閉鎖せずとも、バイパス流路に優先的に排気ガスを流すことができる。上記したように、バイパス流路となる排気系の通気抵抗が最小となるように変化させた時に、排気分岐部３０ｂを閉鎖するように構成することで、排気熱の回収を抑制したい場合において、熱交換部１０への排気ガスの流入をより有効に遮断することができる。
【００６２】
排熱回収器１００は、内燃機関を有する自動車などの排気系に対して接続を行うための接続機構を有している。排熱回収器１００は、バイパス流路を構成する配管４２の両端に、接続機構としてフランジ部６４を有しており、自動車などの排気系に対して接続を行うことができる。
【００６３】
ここで、本実施形態の排熱回収器についてのより詳細な構成を図６Ａ〜図８Ｂに示す。図６Ａは、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す斜視図である。図６Ｂは、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。図６Ｃは、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す平面図であり、図６Ｂに示す排熱回収器を矢印Ｂの方向に見た平面図である。図７Ａは、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す斜視図であって、排気系の流れ方向に平行な面で切断した状態を示す図である。図７Ｂは、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す斜視図であって、排気系の流れ方向に直交する面で切断した状態を示す図である。図７Ｃは、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す別の斜視図であって、排気系の流れ方向に平行な面で切断した状態を示す図である。図７Ｄは、本発明の排熱回収器の第一実施形態を模式的に示す別の斜視図であって、排気系の流れ方向に直交する面で切断した状態を示す図である。図８Ａは、本発明の排熱回収器の第一実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。図８Ｂは、本発明の排熱回収器の第一実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【００６４】
（排熱回収器の製造方法）
次に、排熱回収器の製造方法を説明する。本発明の排熱回収器は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、セラミック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、ハニカム体の隔壁の好適材料として挙げたセラミック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体を製造する場合、まず、所定量のＳｉＣ粉末、バインダー、水又は有機溶媒を混練し坏土とし、得られた坏土を成形して、所望形状のハニカム成形体を作製する。そして、作製し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、隔壁によって複数のセルが区画形成されたハニカム体を得ることができる。次に、ハニカム体の中央部分をくり抜き、中空柱状とする。なお、ハニカム体の中央部分をくり抜く場合には、ハニカム成形体の状態で行ってもよいし、焼成後の焼成体（ハニカム体）の状態で行ってもよい。また、中空柱状のハニカム体を押し出して成形してもよい。
【００６５】
次に、ハニカム体の外周を覆うように、第一ケーシングを配設する。例えば、第一ケーシングとしては、ステンレスからなる有頂筒状部材を用いることができる。このような有頂筒状部材内にハニカム体を挿入し、焼き嵌めにより、有頂筒状部材の側面をハニカム体の外周面に嵌合させることにより、ハニカム体の外周を覆うように、第一ケーシングを配設することが好ましい。なお、ハニカム体と有頂筒状部材との嵌合は、焼き嵌め以外に、圧入やろう付け、拡散接合等を用いてもよい。
【００６６】
次に、ステンレスからなり、ケーシングの一部となる第二ケーシングを作製する。次に、作製した第二ケーシングの内部に、ハニカム体と、ハニカム体に嵌合するように配置された第一ケーシング（有頂筒状部材）とを配置する。第二ケーシングと第一ケーシングとを接合して、ケーシングを作製する。このようにして、ハニカム体と、ハニカム体を収容するケーシングと、を有する熱交換部を作製する。なお、第一ケーシングと第二ケーシングとの間には、排気ガスとの熱交換による排熱を回収するための熱交換媒体の経路が形成されるように、所定の隙間を設ける。また、第二ケーシングには、熱交換媒体が導入される熱交換媒体導入口、及び当該熱交換媒体が排出される熱交換媒体排出口を形成する。
【００６７】
また、排気分配部、及び排気分岐部を作製する。具体的には、まず、排気分配部及び排気分岐部を構成し、排熱回収器内のバイパス流路となる配管を用意する。そして、用意した配管に、開閉弁を配設する。排気分岐部は、例えば、上述したように開閉弁を配設した配管の上流側及び下流側に、それぞれ貫通孔を形成することによって形成することができる。配管に形成するそれぞれの貫通孔の位置は、当該配管に、上記熱交換部を接続した場合に、一方の貫通孔が、ハニカム体の実体部分と連通するようなものとし、もう一方の貫通孔が、ハニカム体の空洞と連通するようなものとする。
【００６８】
排気分岐部及び排気分配部を作製した配管に、熱交換部を接続し、排熱回収器を作製する。熱交換部の接続は、分離可能な方法で行ってもよいし、分離不可の方法で行ってもよい。なお、排熱回収器を作製する方法は、これまでに説明した方法に限定されることはなく、各実施形態の排熱回収器の構成に応じて、適宜変更、改良等を行うことができる。
【００６９】
（１−２）排熱回収器の第二実施形態：
排熱回収器の第二実施形態は、図９〜図１１に示す排熱回収器２００である。図９は、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す上面図である。図１０は、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。図１１は、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す平面図であり、図１０に示す排熱回収器を矢印Ｃの方向に見た平面図である。図９〜図１１に示す排熱回収器２００において、図１〜図４に示す排熱回収器１００と同様に構成されたものについては、同一の符号を付し説明を省略することがある。
【００７０】
排熱回収器２００は、熱交換部１０と、排気分岐部３０と、排気分配部４０と、を備えている。本実施形態の排熱回収器２００は、熱交換部１０が、排気分岐部３０から分離可能に構成されている。即ち、排気分岐部３０が設けられた配管４２と、熱交換部１０のケーシング２１とが、固定部６３によってねじ止め固定されており、固定部６３における固定を解除することで、熱交換部１０を排気分岐部３０から分離することができる。なお、固定部６３における固定方法については、ねじ止め固定に限定されることはなく、種々の固定方法（締結方法）を採用することができる。このように構成することによって、例えば、排熱回収器２００の一部の構成要素が破損した場合に、排熱回収器２００全体を交換せずに、熱交換部１０などを部分的に交換することができる。また、排熱回収器２００自体も、排気系に対して取り外し可能に構成されていてもよい。このように構成することによって、排熱回収器１００のメンテナンス等が容易となる。
【００７１】
熱交換部１０は、固定部６３によって分離可能に構成されていること以外は、図１〜図４に示す排熱回収器１００の熱交換部１０と同様に構成されていることが好ましい。また、排気分岐部３０及び排気分配部４０についても、図１〜図４に示す排熱回収器１００の熱交換部１０と同様に構成されていることが好ましい。また、排熱回収器２００は、バイパス流路を構成する配管４２の両端に、接続機構としてフランジ部６４（図１参照）を有していてもよい。
【００７２】
排熱回収器２００の排気分配部４０における排気分配機構４１は、図１〜図４に示す排熱回収器１００の開閉弁４３と同様に構成されたものであるが、排気系の通気抵抗を変更することが可能なものであれば、図示のような開閉弁４３に限定されることはない。例えば、図示は省略するが、排気分配部の排気分配機構が、配管の中央を横切るように配設された弁棒を軸に、弁体が回転するように構成された開閉弁等であってもよい。なお、排気系の通気抵抗の変化に伴い、排気分岐部のいずれか一方を閉鎖するための開閉弁４３としては、図９〜図１１に示すような開閉弁４３が好ましい。
【００７３】
ここで、本実施形態の排熱回収器についてのより詳細な構成を図１２Ａ〜図１４Ｂに示す。図１２Ａは、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す斜視図である。図１２Ｂは、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。図１２Ｃは、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す平面図であり、図１２Ｂに示す排熱回収器を矢印Ｄの方向に見た平面図である。図１３Ａは、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す斜視図であって、排気系の流れ方向に平行な面で切断した状態を示す図である。図１３Ｂは、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す斜視図であって、排気系の流れ方向に直交する面で切断した状態を示す図である。図１３Ｃは、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す別の斜視図であって、排気系の流れ方向に平行な面で切断した状態を示す図である。図１３Ｄは、本発明の排熱回収器の第二実施形態を模式的に示す別の斜視図であって、排気系の流れ方向に直交する面で切断した状態を示す図である。図１４Ａは、本発明の排熱回収器の第二実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。図１４Ｂは、本発明の排熱回収器の第二実施形態における排気ガスの流れを説明するための模式図である。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００７５】
（実施例１）
実施例１の排熱回収器として、図１〜図４に示す排熱回収器１００と同様に構成された排熱回収器を製造した。以下、実施例１の排熱回収器の製造方法を示す。
【００７６】
（ハニカム体の作製）
ＳｉＣ粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥し、所定の外形寸法に加工後、Ｓｉ含浸焼成することによって、円柱状のハニカム焼成体を作製した。ハニカム焼成体は、端面の直径（外径）が７０ｍｍ、セルの延びる方向の長さ２５ｍｍのものであった。ハニカム焼成体のセル密度は、３５セル／ｃｍ２、隔壁の厚さ（壁厚）は０．３ｍｍであった。ハニカム焼成体の熱伝導率は１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。
【００７７】
次に、作製したハニカム焼成体の端面の中心を含む直径５０ｍｍの範囲を、円柱状にくり抜き、中央部分が空洞の中空柱状のハニカム体を作製した。作製したハニカム体の空洞の内側に、当該空洞の内径に一致する大きさの、ステンレスからなる円筒状の内壁を配置した。
【００７８】
（熱交換部の作製）
次に、第一ケーシングとして、以下のように構成された、ステンレスからなる有頂筒状部材を作製した。第一ケーシングとしての有頂筒状部材は、内径が６９．８ｍｍで、軸方向の長さが３０ｍｍの有頂円筒状であり、肉厚が１ｍｍであった。次に、作製した第一ケーシングにハニカム体を挿入し、焼き嵌めにより、ハニカム体の外周面に嵌合するように第一ケーシングを配置した。なお、第一ケーシングの頂部である天面と、ハニカム体との間には、排気ガスが流通できるように、２ｍｍの隙間を設けた。
【００７９】
次に、第二ケーシングとして、以下のように構成された、ステンレスからなる有頂筒状部材を作製した。第二ケーシングとしての有頂筒状部材は、内径が７８ｍｍで、軸方向の長さが３４ｍｍの有頂円筒状であり、肉厚が１．５ｍｍであった。第二ケーシングとしての有頂筒状部材には、熱交換媒体が導入される熱交換媒体導入口、及び当該熱交換媒体が排出される熱交換媒体排出口を形成した。
【００８０】
次に、作製した第二ケーシングの内部に、ハニカム体が内部に配設された第一ケーシングを配置し、第二ケーシングと第一ケーシングとを溶接により接合し、熱交換部を作製した。第二ケーシングと第一ケーシングとの間には、ハニカム体の径方向に、第二ケーシングと第一ケーシングとの距離が３ｍｍの熱交換媒体の経路が形成されていた。
【００８１】
（排気分配部及び排気分岐部の作製）
まず、排気分配部及び排気分岐部を構成し、排熱回収器内のバイパス流路となる配管を用意した。次に、用意した配管の中央付近に、開閉弁を配設した。この開閉弁が、排気分配部の排気分配機構となる。次に、開閉弁を配設した配管の上流側及び下流側に、それぞれ貫通孔を形成し、これらの貫通孔を、排気分岐部の分岐路とした。なお、配管の上流側には、図１と同様に、配管に対して熱交換部を接続した際に、ハニカム体の実体部分と連通する位置に、各開口面積が１２５ｍｍ２の貫通孔を、４つ形成した。また、配管の下流側には、図１と同様に、配管に対して熱交換部を接続した際に、ハニカム体の空洞と連通する位置に、開口面積が５００ｍｍ２の貫通孔を、１つ形成した。
【００８２】
排気分配部及び排気分岐部を形成した配管に、熱交換部を接続し、実施例１の排熱回収器を作製した。
【００８３】
（実施例２）
実施例２の排熱回収器として、図９〜図１１に示す排熱回収器２００と同様に構成された排熱回収器を製造した。実施例２の排熱回収器においては、まず、実施例１と同様の原料を用いて、端面の直径（外径）が４２ｍｍ、セルの延びる方向の長さ２５ｍｍのハニカム焼成体を作製した。ハニカム焼成体のセル密度は、３５セル／ｃｍ２、隔壁の厚さ（壁厚）は０．３ｍｍであった。
【００８４】
次に、作製したハニカム焼成体の端面の中心を含む直径３０ｍｍの範囲を、円柱状にくり抜き、中央部分が空洞の中空柱状のハニカム体を作製した。
【００８５】
次に、第一ケーシングとして、以下のように構成された、ステンレスからなる有頂筒状部材を作製した。第一ケーシングとしての有頂筒状部材は、内径が４１．８ｍｍで、軸方向の長さが３０ｍｍの有頂円筒状であり、肉厚が１ｍｍであった。次に、作製した第一ケーシングにハニカム体を挿入し、焼き嵌めにより、ハニカム体の外周面に嵌合するように第一ケーシングを配置した。なお、第一ケーシングの頂部である天面と、ハニカム体との間には、排気ガスが流通できるように、２ｍｍの隙間を設けた。
【００８６】
次に、第二ケーシングとして、以下のように構成された、ステンレスからなる有頂筒状部材を作製した。第二ケーシングとしての有頂筒状部材は、内径が５０ｍｍで、軸方向の長さが３４ｍｍの有頂筒状部材であり、肉厚が１．５ｍｍであった。第二ケーシングとしての有頂筒状部材には、熱交換媒体が導入される熱交換媒体導入口、及び当該熱交換媒体が排出される熱交換媒体排出口を形成した。また、この有頂筒状部材の裾部分には、有頂筒状部材の側面に対して直交するようにはみ出したフランジ部を設け、このフランジ部の四隅に、後述する排気分配部及び排気分岐部を構成する配管との締結を行うための固定部を形成した。
【００８７】
次に、作製した第二ケーシングの内部に、ハニカム体が内部に配設された第一ケーシングを配置し、第二ケーシングと第一ケーシングとを溶接により接合し、熱交換部を作製した。第二ケーシングと第一ケーシングとの間には、ハニカム体の径方向に、第二ケーシングと第一ケーシングとの距離が３ｍｍの熱交換媒体の経路が形成されていた。
【００８８】
（排気分配部及び排気分岐部の作製）
まず、排気分配部及び排気分岐部を構成し、排熱回収器内のバイパス流路となる配管を用意した。次に、用意した配管の中央付近に、開閉弁を配設した。この開閉弁が、排気分配部の排気分配機構となる。次に、開閉弁を配設した配管の上流側及び下流側に、それぞれ貫通孔を形成し、これらの貫通孔を、排気分岐部の分岐路とした。なお、配管の上流側には、図９と同様に、配管に対して熱交換部を接続した際に、ハニカム体の実体部分と連通する位置に、開口面積が２６０ｍｍ２の、切り欠きドーナツ形状の貫通孔を、１つ形成した。また、配管の下流側には、図９と同様に、配管に対して熱交換部を接続した際に、ハニカム体の空洞と連通する位置に、開口面積が２６０ｍｍ２の、円形の貫通孔を、１つ形成した。
【００８９】
（熱遮断性の評価）
実施例１，２の排熱回収器の熱遮断性について、以下の方法で評価を行った。排熱回収器へ高温・高流量の排気ガスを流入させたとき、熱回収部への流入熱量を調査した。評価条件として排気ガスは１，０００℃、１００ｇ／ｓとし、熱交換媒体は４０℃、３Ｌ／ｍｉｎの水を使用した。結果、水は沸騰することなく安定して稼動することができた。
【００９０】
（比較例１）
比較例１の排熱回収器として、図１５に示す排熱回収器３００と同様に構成された排熱回収器を製造した。図１５は、比較例１の排熱回収器を模式的に示す断面図であり、排気系の流れ方向に平行な断面を示す断面図である。図１５に示すように、比較例１の排熱回収器３００は、ハニカム体１１１を、ケーシング１２１内に収容し、ケーシング１２１のハニカム体１１１が配置された箇所の外周側に、熱交換媒体５１の経路１２５を設けたものである。
【００９１】
（熱回収効率の測定）
実施例１，２及び比較例１の排熱回収器に、排気ガス（第一流体）を通気し、熱交換媒体として水（第二流体）を用いた場合の、熱回収効率を測定した。なお、熱回収効率は、排熱回収器に流入した入熱量、及び排熱回収器が回収した回収熱量を測定し、下記式（１）によって求めた。
熱回収効率＝回収熱量／入熱量×１００          （１）
【００９２】
入熱量は、「排熱回収器に流入する前の第一流体と第二流体との温度差」、「第一流体の比熱容量」、及び「第一流体の質量流量」の積として求めることができる。なお、「排熱回収器に流入する前の第一流体と第二流体との温度差」とは、排熱回収器に流入する直前の第一流体の温度から、排熱回収器に流入する直前の第二流体の温度を引いた値のことである。また、回収熱量は、「排熱回収器に流入する前と流出した後の第二流体の温度差」、「第二流体の比熱容量」、及び「第二流体の質量流量」の積として求めることができる。「排熱回収器に流入する前と流出した後の第二流体の温度差」とは、排熱回収器から流出した直後の第二流体の温度から、排熱回収器に流入する直前の第二流体の温度を引いた値のことである。
【００９３】
熱回収効率の測定においては、排気ガスの温度を、４００℃とし、排気ガスの流量を、５ｇ／秒、１０ｇ／秒、２０ｇ／秒、４０ｇ／秒、６０ｇ／秒、及び１００ｇ／秒の６つの条件にて測定を行った。なお、実施例１，２の排熱回収器において、５ｇ／秒、１０ｇ／秒、２０ｇ／秒の３つの条件においては、排気分配部の排気分配機構として用いた開閉弁を「閉」として熱回収を行った。そして、実施例１，２の排熱回収器において、４０ｇ／秒、６０ｇ／秒、及び１００ｇ／秒の３つの条件においては、排気分配部の排気分配機構として用いた開閉弁を「開」として熱回収を行った。熱回収効率の測定結果を、表１に示す。
【００９４】
【表１】
0006535588.tif 000002
【００９５】
（結果）
実施例１，２の排熱回収器は、上述した熱遮断性の評価により、熱遮断性に優れることが分かった。また、実施例１，２の排熱回収器は、比較例１の排熱回収器と比較して、排気ガスの流量に応じて、熱回収効率を調整し、適切な排熱の回収を行うことができた。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の排熱回収器は、内燃機関の排気通路に設置し、排気通路を通過する排気ガスの排気熱を回収するために利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１０：熱交換部、１１：ハニカム体、１２：セル、１３：隔壁、１４：中央部分、１４ａ：空洞、１５：外周部分、１６：外周面、１８：第一端面、１９：第二端面、２１：ケーシング、２２：第一ケーシング、２３：第二ケーシング、２５：経路（熱交換媒体の経路）、２６：熱交換媒体導入口、２７：熱交換媒体排出口、３０，３０ａ，３０ｂ：排気分岐部、３３：貫通孔、４０：排気分配部、４１：排気分配機構、４２：配管、４３：開閉弁、４４：弁棒、４５：弁体、５０：排気ガス、５１：熱交換媒体、６１：上流側、６２：下流側、６３：固定部、６４：フランジ部、１００，２００：排熱回収器。
【図１】
0006535588.tif 000003
【図２】
0006535588.tif 000004
【図３】
0006535588.tif 000005
【図４】
0006535588.tif 000006
【図５】
0006535588.tif 000007
【図６Ａ】
0006535588.tif 000008
【図６Ｂ】
0006535588.tif 000009
【図６Ｃ】
0006535588.tif 000010
【図７Ａ】
0006535588.tif 000011
【図７Ｂ】
0006535588.tif 000012
【図７Ｃ】
0006535588.tif 000013
【図７Ｄ】
0006535588.tif 000014
【図８Ａ】
0006535588.tif 000015
【図８Ｂ】
0006535588.tif 000016
【図９】
0006535588.tif 000017
【図１０】
0006535588.tif 000018
【図１１】
0006535588.tif 000019
【図１２Ａ】
0006535588.tif 000020
【図１２Ｂ】
0006535588.tif 000021
【図１２Ｃ】
0006535588.tif 000022
【図１３Ａ】
0006535588.tif 000023
【図１３Ｂ】
0006535588.tif 000024
【図１３Ｃ】
0006535588.tif 000025
【図１３Ｄ】
0006535588.tif 000026
【図１４Ａ】
0006535588.tif 000027
【図１４Ｂ】
0006535588.tif 000028
【図１５】
0006535588.tif 000029