(57)【要約】【課題】荷重や応力に対して十分な強度及び剛性を確保することができる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１は、熱を回収するハニカム構造を有する吸熱フィン２と、吸熱フィン２の外周面２ａを囲うように配置された複数の台座３ａ〜３ｆを有し、吸熱フィン２によって回収された熱を伝達する伝熱部材４と、台座３ａ〜３ｆを挟んで吸熱フィン２の外周面２ａを囲うように設けられた１対のシール部材５ａ，５ｂとから構成されている。互いに隣り合う台座３ａ〜３ｆ同士は、荷重や応力を吸収する緩衝部を介して又は直接的に接合されている。これにより、外部から加わる荷重や応力は、台座３ａ〜３ｆ同士の接合部で受けることになる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源からの熱を回収する吸熱フィンと、
前記吸熱フィンの外側の面を囲うように配置された複数の台座を有し、前記吸熱フィンによって回収された熱を伝達する伝熱部材と、
を備え、
前記複数の台座のうち互いに隣り合う台座同士が接合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
熱源からの熱を回収する吸熱フィンと、
前記吸熱フィンの外側の面を囲うように配置された複数の台座を有し、前記吸熱フィンによって回収された熱を伝達する伝熱部材と、
前記複数の台座を挟んで前記吸熱フィンの外側の面を囲うように設けられた１対のシール部材と、
を備え、
前記台座と前記シール部材とが接合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記吸熱フィンと前記シール部材との間には、緩衝部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記吸熱フィン及び前記伝熱部材は、多孔質の炭化珪素を主成分とするセラミックによって形成されていることを特徴とする請求項１又は２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、例えば工場や輸送機器等から排出される熱エネルギーを回収する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス等の排熱を利用して発電する熱電発電装置として、例えば特許文献１に記載されているように、熱電変換モジュールと、内部に熱媒体が流れると共に熱電変換モジュールの高温端面と接合された内管と、熱電変換モジュールの低温端面と接合された放熱部材と、放熱部材を保持固定する外殻とによって構成されているものが知られている。
【特許文献１】特開平１１−３６９８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような熱電発電装置には、熱媒体の熱エネルギーを回収する熱交換器が組み込まれたものがある。そのような熱交換器として、例えばセラミックによって形成される薄肉のハニカム構造の吸熱フィンが用いられることがある。この吸熱フィンは、熱電発電装置への組み込み時等に外部から加えられる荷重や応力が大きくなると圧壊（変形）するといった問題があった。そのため、生産性及び信頼性が低下していた。
【０００４】
そこで、本発明は、荷重や応力に対して十分な強度及び剛性を確保することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、熱源からの熱を回収する吸熱フィンと、吸熱フィンの外側の面を囲うように配置された複数の台座を有し、吸熱フィンによって回収された熱を伝達する伝熱部材と、を備え、複数の台座のうち互いに隣り合う台座同士が接合されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係わる熱交換器においては、吸熱フィンの外側の面が、複数の台座を有する伝熱部材によって囲われている。そして、互いに隣り合う台座同士が接合されている。このため、外部から加わる荷重や応力は、各台座間の接合部で受けることになるため、吸熱フィンに加わる荷重や応力を緩和することができる。その結果、荷重や応力に対する吸熱フィンの強度及び剛性を十分に確保し、熱電発電装置等への組み込み時における吸熱フィンの破損等を防止することができる。
【０００７】
また、本発明は、熱源からの熱を回収する吸熱フィンと、吸熱フィンの外側の面を囲うように配置された複数の台座を有し、吸熱フィンによって回収された熱を伝達する伝熱部材と、複数の台座を挟んで吸熱フィンの外側の面を囲うように設けられた１対のシール部材と、を備え、台座とシール部材とが接合されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係わる熱交換器においては、吸熱フィンの外側の面が、複数の台座を有する伝熱部材と１対のシール材とによって囲われていると共に、複数の台座が１対のシール部材によって挟まれている。そして、これらの台座とシール部材とが接合されている。このため、外部から加わる荷重や応力は、台座とシール部材との接合部で受けることになるため、吸熱フィンに加わる荷重や応力を緩和することができる。その結果、荷重や応力に対する吸熱フィンの強度及び剛性を十分に確保し、熱電発電装置等への組み込み時における吸熱フィンの破損等を防止することができる。
【０００９】
また、好ましくは、吸熱フィンとシール部材との間には、緩衝部材が設けられている。この場合、シール部材に排気系の振動等が加わっても、緩衝部材によって吸熱フィンへの振動の伝達を低減することができる。また、緩衝部材で台座の側面を覆うことになるため、放熱損失を低減することができる。
【００１０】
また、好ましくは、吸熱フィン及び伝熱部材は、多孔質の炭化珪素を主成分とするセラミックによって形成されている。この場合には、外部から荷重や応力が加わっても、局所的に荷重や応力が開放されるため、熱交換器の使用時に、熱媒体の熱と外気との温度差によって発生する熱変形や応力集中を緩和することができる。これにより、荷重や応力に対する吸熱フィンの強度及び剛性をより十分に確保することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の熱交換器によれば、荷重や応力に対して十分な強度及び剛性を確保することができる。これにより、熱交換器の生産性及び信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係わる熱交換器の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係わる熱交換器の第１実施形態の概略を示す分解斜視図である。同図において、本実施形態の熱交換器１は、例えば車両の内燃機関からの排ガス経路に接続される熱電発電装置に組み込まれ、排気ガスから熱エネルギーを回収する。熱交換器１は、熱を回収する吸熱フィン２と、複数（ここでは６枚）の台座３ａ〜３ｆを有する伝熱部材４と、１対のシール部材５ａ，５ｂとから構成されている。
【００１４】
吸熱フィン２は、略円筒状をなしており、多孔質の炭化珪素を主成分とするセラミックによって形成されている。吸熱フィン２は、薄肉のハニカム構造を有し、例えば押し出し成形によって作製されている。
【００１５】
伝熱部材４は、吸熱フィン２によって回収された熱を、図示しない熱電変換モジュールに伝達するための部材である。伝熱部材４は、多孔質の炭化珪素を主成分とするセラミックによって形成されている。伝熱部材４は、吸熱フィン２よりも厚肉の上記台座３ａ〜３ｆによって構成され、吸熱フィン２の外周面２ａを全周に亘って囲っている。
【００１６】
台座３ａ〜３ｆは、吸熱フィン２の外周面２ａに当接接合する湾曲面６ａ〜６ｆと、湾曲面６ａ〜６ｆに対向する平面部７ａ〜７ｆとを有している。この平面部７ａ〜７ｆは、緻密体となっており、熱電変換モジュールの高温端面と密着させて熱を効率良く伝えられる。
【００１７】
台座３ａ〜３ｆ同士の接合について、図２を参照しながら説明する。図２は、熱交換器１の正面図である。なお、同図においては、説明の便宜上シール部材５ａ，５ｂを省略している。図２に示すように、隣り合う台座３ａ〜３ｆ同士は、台座３ａ〜３ｆの湾曲面６ａ〜６ｆが吸熱フィン２に当接した状態で、緩衝部８ａ〜８ｆを介して互いに接合されている。緩衝部８ａ〜８ｆは、台座３ａ〜３ｆ同士の接合部９ａ〜９ｆにおいて、荷重や応力を吸収する。
【００１８】
シール部材５ａ，５ｂは、例えば排気ガスの外部への漏れを防止するガスシールを兼ねたリング状の部材である。シール部材５ａ，５ｂは、各台座３ａ〜３ｆを挟んで吸熱フィン２の外周面２ａを囲うように設けられている。
【００１９】
以上のように本実施形態の熱交換器１にあっては、薄肉のハニカム構造を有する吸熱フィン２の外周面２ａが、厚肉の台座３ａ〜３ｆを有する伝熱部材４によって全周に亘って囲われている。そして、互いに隣り合う台座３ａ〜３ｆ同士は、荷重や応力を吸収する緩衝部８ａ〜８ｆを介して接合されている。このため、外部から加わる荷重や応力は、緩衝部８ａ〜８ｆを介して台座３ａ〜３ｆ同士の接合部９ａ〜９ｆで受けることになるため、吸熱フィン２に加わる荷重や応力を緩和することができる。その結果、荷重や応力に対する吸熱フィン２の強度及び剛性を十分に確保し、熱電発電装置への組み込み時における吸熱フィン２の破損等を防止することができる。
【００２０】
また、吸熱フィン２の外周面２ａを全周に亘って囲うように伝熱部材４が形成されているので、例えば台座３ａ〜３ｆの平面部７ａ〜７ｆに密着させた熱電変換モジュール（図示せず）への熱流を多くすることができ、吸熱フィン２の吸熱性を高めることができる。
【００２１】
また、吸熱フィン２及び伝熱部材４は、多孔質の炭化珪素を主成分とするセラミックで形成されているので、熱交換器１の使用時に、排気ガス等の熱と外気との温度差によって発生する熱変形や応力集中を緩和することができる。これにより、荷重や応力に対する吸熱フィン２の強度及び剛性を十分に確保することができる。
【００２２】
さらに、複数の台座３ａ〜３ｆをセラミックで形成し、隣り合う台座３ａ〜３ｆ同士を接合して伝熱部材４を構成することで、軽量な熱交換器１を簡易に製造することが可能となる。
【００２３】
また、台座３ａ〜３ｆにおいて、熱電変換モジュールの高温端面が密着される平面部７ａ〜７ｆを緻密体とすることで面粗度を改善し、界面の熱抵抗を低減させ伝熱性能向上を図ることができる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、台座３ａ〜３ｆ同士が緩衝部８ａ〜８ｆを介して接合されているが、台座３ａ〜３ｆ同士が直接接合されてもよい。
【００２５】
また、上記実施形態では、台座３ａ〜３ｆの平面部７ａ〜７ｆを緻密体としているが、台座３ａ〜３ｆ全体を緻密体としてもよい。
【００２６】
［第２実施形態］
図３は、本発明に係わる熱交換器の第２実施形態を示す正面図である。また、図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。図中、第１実施形態と同一又は同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００２７】
図３及び図４において、本実施形態の熱交換器３０は、上記第１実施形態における伝熱部材４及びシール部材５ａ，５ｂに代えて、伝熱部材１１及びシール部材１２ａ，１２ｂを備えている。
【００２８】
伝熱部材１１は、吸熱フィン２よりも厚肉の複数（ここでは６枚）の台座１０ａ〜１０ｆによって構成されている。台座１０ａ〜１０ｆのサイズは、上述した台座３ａ〜３ｆよりも小さくなっている。このため、隣り合う台座１０ａ〜１０ｆ同士が接合されずに間欠的に配置されている。台座１０ａ〜１０ｆは、吸熱フィン２の外周面２ａの略中央部に接合されている。
【００２９】
シール部材１２ａ，１２ｂは、各台座１０ａ〜１０ｆを挟んで吸熱フィン２の外周面２ａを囲うように設けられている。シール部材１２ａ，１２ｂと各台座１０ａ〜１０ｆの両側面とは、接合部１３ａ，１３ｂによって接合されている。
【００３０】
シール部材１２ａ，１２ｂと吸熱フィン２の外周面２ａとの間には、緩衝部材１４ａ，１４ｂが圧縮力を加えられて圧入されている。図５は、緩衝部材１４ａ，１４ｂの展開図である。
【００３１】
同図に示すように、緩衝部材１４ａ，１４ｂは、環状部１５ａ，１５ｂと、この環状部１５ａ，１５ｂの内側（台座１０ａ〜１０ｆ側）に突出した突部１６ａ〜１６ｃ，１７ａ〜１７ｃとからなり、緩衝部材１４ａ，１４ｂの各突部１６ａ〜１６ｃ，１７ａ〜１７ｃが交互に台座１０ａ〜１０ｆに入り込んで、それぞれが重ならないように配置されている。また、緩衝部材１４ａ，１４ｂの環状部１５ａ，１５ｂは、台座１０ａ〜１０ｆの側面を覆い、それぞれの端の位置が一致しないように吸熱フィン２の外周面２ａに巻き付けられている。
【００３２】
以上のように本実施形態の熱交換器３０にあっては、薄肉のハニカム構造を有する吸熱フィン２の外周面２ａが、厚肉の台座１０ａ〜１０ｆを有する伝熱部材１１によって等間隔で囲われていると共に、台座１０ａ〜１０ｆが１対のシール部材１２ａ，１２ｂによって両側から挟まれている。そして、これらの台座１０ａ〜１０ｆの両側面とシール部材１２ａ，１２ｂとが接合されている。このため、外部から加わる荷重や応力は、台座１０ａ〜１０ｆとシール部材１２ａ，１２ｂとの接合部１３ａ，１３ｂで受けることになるため、台座１０ａ〜１０ｆのサイズを例えば熱電変換モジュールに合わせて小さく変更した場合であっても、吸熱フィン２に加わる荷重や応力を緩和することができる。
【００３３】
また、吸熱フィン２とシール部材１２ａ，１２ｂとの間には、緩衝部材１４ａ，１４ｂが圧縮力を加えられて圧入されているので、シール部材１２ａ，１２ｂに排気系（マフラー）の振動等が加わった場合であっても、緩衝部材１４ａ，１４ｂによって振動を吸収し、吸熱フィン２への振動の伝達を低減することができる。また、緩衝部材１４ａ，１４ｂで台座１０ａ〜１０ｆの側面を覆うことになるため、放熱損失を低減することができる。
【００３４】
また、緩衝部１４ａ，１４ｂは、それぞれ合わせ位置が重ならないように吸熱フィン２に巻き付けられているので、熱交換器３０の外周部から排気ガス等が漏れることを防止することができる。
【００３５】
以上、本実施形態に係る熱交換器の実施形態についていくつか説明してきたが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、吸熱フィン２が断面円形状をなしているが、図６に示すように、吸熱フィン１８の断面形状を例えば断面六角形状としてもよい。この場合においても、伝熱部材１９を構成する隣り合う台座２０ａ〜２０ｆ同士が接合されることで、外部から加わる荷重や応力は、台座２０ａ〜２０ｆ同士の接合部で受けることになるため、吸熱フィン１８に加わる荷重や応力を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係わる熱交換器の第１実施形態の概略を示す分解斜視図である。
【図２】熱交換器の一部部品を省略した正面図である。
【図３】本発明に係わる熱交換器の第２実施形態を示す正面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】緩衝部材の展開図である。
【図６】図２に示した熱交換器の変形例を示す一部部品を省略した正面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１，３０…熱交換器、２，１８…吸熱フィン、２ａ…外周面（外側の面）、３ａ〜３ｆ，１０ａ〜１０ｆ，２０ａ〜２０ｆ…台座、４，１１，１９…伝熱部材、１４ａ，１４ｂ…緩衝部材、５ａ，５ｂ，１２ａ，１２ｂ…シール部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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