熱交換部件的制作方法
熱交換部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種熱交換部件，該熱交換器通過緩和熱應(yīng)力從而使由熱應(yīng)力導(dǎo)致的破損難以產(chǎn)生。該熱交換部件具有蜂窩構(gòu)造體（1）和被覆部件。在蜂窩構(gòu)造體（1）的外周壁（7）具有至少一個狹縫（15）。被覆部件以可以進行在第一流體與第二流體之間的熱交換地被覆蜂窩構(gòu)造體（1）。熱交換部件（10）在流通孔格（3）的第一流體與流通被覆部件的外側(cè)的第二流體不混合的狀態(tài)下，通過蜂窩構(gòu)造體（1）的外周壁（7）以及被覆部件使第一流體與第二流體進行熱交換。
【專利說明】熱交換部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠進行第一流體和第二流體的熱交換的采用蜂窩構(gòu)造體的熱交換部件。
【背景技術(shù)】
[0002]熱交換器中，通過傳導(dǎo)熱量的熱交換部件，在溫度高的流體與溫度低的流體之間進行熱量的授受。在這種熱交換器中，因為存在使用溫度非常高的流體的情況或使用水等容易產(chǎn)生腐蝕的流體的情況，所以，采用陶瓷制的熱交換部件(例如專利文獻1)。使用陶瓷制的熱交換部件時，能提高耐熱性或耐腐蝕性。
[0003]此外，熱交換部件有時受到來自溫度高的流體的熱量而膨脹、或者有時被溫度低的流體取走熱量而收縮。特別是，在熱交換部件中，由于該2種流體的溫度差，變得在每個部分容易產(chǎn)生溫度差。由于該溫度差，在熱交換部件的每個部分由熱量引起的收縮和膨脹程度不同。其結(jié)果，在熱交換部件中的特定的部分有時會局部地產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。如此地在熱交換部件中的特定的部分局部地產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力時，該部分變得容易破損。作為對由這種熱應(yīng)力引起的問題的對策，通過增加機械強度弱的部位的厚度、或者設(shè)置補強的部件，從而做成提高機械強度的結(jié)構(gòu)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻1:日本特開昭61-24997號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]熱交換部件被要求在嚴格的條件下使用，熱交換部件被要求能夠抑制由熱應(yīng)力導(dǎo)致的破損的產(chǎn)生。
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種通過緩和熱應(yīng)力從而使由熱應(yīng)力造成的破損難以產(chǎn)生的熱交換部件。
[0008]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):通過在構(gòu)成熱交換部件的蜂窩構(gòu)造體的外周壁形成狹縫，從而能夠解決上述問題。即，通過本發(fā)明提供如下的熱交換部件。
[0009][1] 一種熱交換部件，具有蜂窩構(gòu)造體以及被覆部件，該蜂窩構(gòu)造體具有筒狀的外周壁和隔壁，該隔壁劃分形成有作為第一流體的流路的多個孔格，該蜂窩構(gòu)造體以陶瓷為主要成分；該被覆部件被覆所述蜂窩構(gòu)造體，并且能夠使在所述蜂窩構(gòu)造體的內(nèi)部流動的所述第一流體與在所述蜂窩構(gòu)造體的外部流動的第二流體不發(fā)生混合地進行所述第一流體與所述第二流體之間的熱交換，所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁具有至少1個狹縫，在流通所述孔格的所述第一流體與流通所述被覆部件的外側(cè)的所述第二流體不混合的狀態(tài)下，通過所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁以及所述被覆部件使所述第一流體與所述第二流體進行熱交換。
[0010][2]上述[1]所述的熱交換部件，其中，與所述外周壁的所述狹縫連通的所述孔格中的至少一個是形狀與內(nèi)側(cè)的所述孔格不同的不完整孔格。[0011][3]上述[1]或[2]所述的熱交換部件,其中,在形成與所述外周壁的所述狹縫連通的所述孔格的所述隔壁形成有狹縫。
[0012][4]上述[1]?[3]中的任一項所述的熱交換部件，其中，在所述外周壁形成有多個所述狹縫。
[0013][5]上述[1]?[4]中的任一項所述的熱交換部件，其中，在所述隔壁形成有與所述外周壁不連通的狹縫。
[0014][6]上述[1 ]?[5]中的任一項所述的熱交換部件，其中，在軸方向上，所述外周壁的所述狹縫并不是在所述蜂窩構(gòu)造體的整個全長上形成，而是在一部分上形成。
[0015][7]上述[1]?[6]中的任一項所述的熱交換部件，其中，在所述被覆部件內(nèi)串聯(lián)地配置有多個所述蜂窩構(gòu)造體，至少在所述第一流體的入口側(cè)的所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁形成有所述狹縫。
[0016][8]上述[1]?[7]中的任一項所述的熱交換部件，其中，所述隔壁以及所述外周壁的至少一個被致密化。
[0017][9]上述[1]?[8]中的任一項所述的熱交換部件，其中，所述蜂窩構(gòu)造體的主要成分為碳化娃。
[0018]發(fā)明效果
[0019]通過在蜂窩構(gòu)造體的外周壁形成狹縫，從而能夠緩和熱應(yīng)力。由此，能夠防止蜂窩構(gòu)造體的破損。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1A是表示本發(fā)明的熱交換部件的一實施方式的立體圖。
[0021]圖1B是表示將構(gòu)成熱交換部件的蜂窩構(gòu)造體與被覆部件做成一體之前的立體圖。
[0022]圖2是蜂窩構(gòu)造體的局部放大圖。
[0023]圖3是表示在形成與外周壁的狹縫連通的孔格的隔壁形成有狹縫的實施方式的示意圖。
[0024]圖4是表示在形成與外周壁的狹縫連通的孔格的隔壁形成有狹縫的其他的實施方式的示意圖。
[0025]圖5是表示在外周壁上形成有多個狹縫的實施方式的示意圖。
[0026]圖6是對狹縫的寬度進行說明的說明圖。
[0027]圖7A是對與外周壁連通的狹縫所存在的區(qū)域進行說明的說明圖。
[0028]圖7B是對蜂窩構(gòu)造體的截面為橢圓形的實施方式中的、與外周壁連通的狹縫所存在的區(qū)域進行說明的說明圖。
[0029]圖8是表示形成有與外周壁不連通的縫隙的實施方式的示意圖。
[0030]圖9是表示在蜂窩構(gòu)造體的軸方向的一部分上形成有狹縫的實施方式的示意圖。
[0031]圖10是表示在金屬管內(nèi)串聯(lián)地配置有多個蜂窩構(gòu)造體、至少在第一流體的入口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體的外周壁形成有狹縫的實施方式的示意圖。
[0032]圖11是表示收容熱交換部件的熱交換器的示意圖。
[0033]符號說明:[0034]1:蜂窩構(gòu)造體、2，2x，2y:(軸方向的)端面、3:孔格、3p:不完整孔格、3q:完整孔格、4:隔壁、5:第一流體流通部、6:第二流體流通部、7:外周壁、7h:(蜂窩構(gòu)造體的)外周面、10:熱交換部件、11:被覆部件、12:金屬管、ia:(金屬管的)外周面、13:中間部件、15:狹縫、15a:(外周壁的)狹縫、15b:(隔壁的)狹縫、15c:(與外周壁不連通的)狹縫、15t:狹縫的寬度、17:空隙、21:罩體、22:(第二流體的)入口、23:(第二流體的)出口、24:(罩體的)內(nèi)側(cè)面、30:熱交換器。
【具體實施方式】
[0035]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明不受以下的實施方式的限定，只要不脫離發(fā)明的范圍，就可以進行變更、修正、改良。
[0036]圖1A表示本發(fā)明的熱交換部件10的一實施方式的立體圖。此外，圖1B是表示將構(gòu)成熱交換部件10的蜂窩構(gòu)造體1與被覆部件11做成一體之前的立體圖。此外，圖2是蜂窩構(gòu)造體1的局部放大圖。
[0037]如圖1A所示，熱交換部件10具有蜂窩構(gòu)造體1以及被覆部件11(例如金屬管12)。蜂窩構(gòu)造體1具有:筒狀的外周壁7以及隔壁4，該隔壁4劃分形成有成為第一流體的流路的多個孔格3 (參照圖2等)，該蜂窩構(gòu)造體1以陶瓷為主要成分。為了提高熱交換效率，優(yōu)選蜂窩構(gòu)造體1的隔壁4以及外周壁7的至少一個被致密化。被致密化的陶瓷的氣孔率優(yōu)選為20%以下，更為優(yōu)選為10%以下，最為優(yōu)選為5%以下。此外，如圖2所示，蜂窩構(gòu)造體1在外周壁7具有至少一個狹縫15。圖1B所示的實施方式中，多個狹縫15從一方的端面
2到另一方的端面2形成于外周壁7。被覆部件11以第一流體和第二流體之間能夠進行熱交換地被覆蜂窩構(gòu)造體1 (圖1B表示被覆之前)。熱交換部件10于在孔格3流通的第一流體與在被覆部件11 (例如金屬管12)的外側(cè)流通的第二流體不混合的狀態(tài)下，通過蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7以及被覆部件11 (金屬管12)使第一流體和第二流體進行熱交換。
[0038]因為被覆部件11被覆蜂窩構(gòu)造體1的外周面7h，所以能夠使在蜂窩構(gòu)造體1的內(nèi)部流動的第一流體和在蜂窩構(gòu)造體1的外部流動的第二流體不混合的情況下分別流通、并進行熱交換。使熱量傳導(dǎo)到外周壁7和隔壁4，進行第一流體與第二流體的熱交換時，在外周壁7和隔壁4因場所不同而產(chǎn)生溫度差。這種溫度差產(chǎn)生伴隨熱量的膨脹、收縮的程度之差，其結(jié)果，使在外周壁7、隔壁4產(chǎn)生熱應(yīng)力。該熱應(yīng)力可能成為外周壁7、隔壁4變形、開裂的原因。本發(fā)明的熱交換部件10中，在蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7設(shè)置至少一個以上狹縫15，因此，能夠緩和在外周壁7產(chǎn)生的熱應(yīng)力，進而能夠抑制在外周壁7和隔壁4的變形和開裂的產(chǎn)生。
[0039]如圖2所示，優(yōu)選與外周壁7的狹縫15連通的孔格3的至少一個是形狀與內(nèi)側(cè)的孔格3 (完整孔格3q)不同的不完整孔格3p。不完整孔格3p中，第一流體難以流動，在形成不完整孔格3p的外周壁7形成狹縫15，由此增加不完整孔格3p的開口面積，改善第一流體的流動。即，通過在形成不完整孔格3p的外周壁7形成狹縫15，由此，能夠緩和熱應(yīng)力，改善熱交換效率。
[0040]被覆蜂窩構(gòu)造體1的被覆部件11優(yōu)選為使第一流體和第二流體不流通、熱傳導(dǎo)性好、具有耐熱性、耐腐蝕性的部件。作為被覆部件11可列舉有金屬管12、陶瓷管等。作為金屬管12的材質(zhì)，例如可以采用不銹鋼、鈦合金、銅合金、鋁合金、黃銅等。此外，被覆部件11不限于管子，還可以采用金屬板、陶瓷板?；蛘?，還可以用樹脂涂布蜂窩構(gòu)造體1并將其作為被覆部件11使用。
[0041]蜂窩構(gòu)造體1是用陶瓷形成為筒狀、具有從軸方向的一方的端面2到另一方的端面2貫通的流體的流路的部件。蜂窩構(gòu)造體1具有隔壁4，通過隔壁4劃分形成有作為流體的流路的許多孔格3。通過具有隔壁4，能夠高效地收集來自在蜂窩構(gòu)造體1的內(nèi)部流通的流體的熱量，并將該熱量傳遞到外部。
[0042]蜂窩構(gòu)造體1的外形不限于圓筒狀(圓柱狀)，與軸(長度)方向垂直的截面還可以為橢圓形。此外，蜂窩構(gòu)造體1的外形還可以是棱柱狀、即與軸(長度)方向垂直的截面可以是為四角形或者其他多角形。
[0043]本發(fā)明的熱交換部件10中，蜂窩構(gòu)造體1以陶瓷為主要成分，由此隔壁4或外周壁7的熱傳導(dǎo)率提高，其結(jié)果，能夠高效地進行通過隔壁4、外周壁7進行的熱交換。此外，本說明書中所說的以陶瓷為主要成分，是指含有50質(zhì)量％以上的陶瓷。
[0044]蜂窩構(gòu)造體1在尤其是考慮傳熱性時，優(yōu)選熱傳導(dǎo)性較高的SiC (碳化硅)作為主要成分。此外，所說的主要成分，是指蜂窩構(gòu)造體1的50質(zhì)量％以上為碳化硅。
[0045]此外，具體地說，作為蜂窩構(gòu)造體1的材料，可以采用Si含浸SiC、(Si + A1)含浸SiC、金屬復(fù)合SiC、再結(jié)晶SiC、Si3N4以及SiC等。但是，在多孔體的情況下因為不能得到高的熱傳導(dǎo)率，所以，為了獲得高的熱交換率，優(yōu)選做成致密體構(gòu)造(氣孔率20%以下)，優(yōu)選采用Si含浸SiC、(Si + A1)含浸SiC。SiC具有熱傳導(dǎo)率高、容易放熱的特點，而Si含浸SiC表現(xiàn)出較高的熱傳導(dǎo)率、耐熱性，并且被形成得較為致密，作為傳熱部件表現(xiàn)出充分的強度。例如，在SiC (碳化硅)的多孔體的情況下，為20W/m.K左右，但通過做成致密體，能夠在100W/m.K以上。
[0046]蜂窩構(gòu)造體1的孔格3的與軸方向垂直的截面的孔格形狀，可以從圓形、橢圓形、三角形、四角形、六角形、其他多角形等中適當?shù)剡x擇所期望的形狀。
[0047]對于蜂窩構(gòu)造體1的孔格密度(S卩，每單位截面積的孔格的數(shù)量)沒有特別限定，根據(jù)目的適當選擇即可，但優(yōu)選在25?2000孔格/平方英寸(4?320孔格/cm2)的范圍內(nèi)。通過將孔格密度做成25孔格/平方英寸以上，從而能夠使隔壁4的強度充足，進而能夠使蜂窩構(gòu)造體1自身的強度和有效GSA (幾何學表面積)充足。此外，通過做成2000孔格/平方英寸以下，能夠防止熱介質(zhì)流動時的壓力損失變大。
[0048]對于蜂窩構(gòu)造體1的孔格3的隔壁4的厚度(壁厚)，也根據(jù)目的適當選擇即可，沒有特別限制。將壁厚做成50μπι?2mm較為優(yōu)選，做成60?500μπι更為優(yōu)選。通過將壁厚做成50 μ m以上，能夠使機械強度變充分，能夠防止由于沖擊、熱應(yīng)力而發(fā)生破損的情況。此外，通過做成2_以下，從而能夠防止流體的壓力損失變大、或者熱介質(zhì)透過的熱交換率下降這些不良情況。
[0049]對于蜂窩構(gòu)造體1的孔格3的隔壁4的密度優(yōu)選為0.5?5g/cm3。通過做成0.5g/cm3以上，從而能夠使隔壁4的強度充足，并防止當?shù)谝涣黧w穿過流路內(nèi)時隔壁4因壓力而破損的情況。此外，通過做成5g/cm3以下，能夠使蜂窩構(gòu)造體1輕量化。通過設(shè)為上述范圍的密度，從而能夠加固蜂窩構(gòu)造體1，還得到使熱傳導(dǎo)率提高的效果。
[0050]蜂窩構(gòu)造體1的熱傳導(dǎo)率優(yōu)選為100W/m.Κ以上。更為優(yōu)選為120?300W/m.Κ，進而優(yōu)選為150?300W/m.K。通過設(shè)成該范圍，熱傳導(dǎo)性變良好，有效地將蜂窩構(gòu)造體1內(nèi)的熱量排出到被覆部件11 (金屬管12)的外側(cè)。
[0051]本發(fā)明的熱交換部件10中，在作為第一流體流過排出氣體的情況下，優(yōu)選使隔壁4承載催化劑。像這樣在隔壁4承載催化劑時，可以通過催化反應(yīng)將排出氣體中的C0、N0x、HC等做成無害物質(zhì)，除此之外，可以將催化反應(yīng)時產(chǎn)生的反應(yīng)熱用于熱交換。作為用于本發(fā)明的熱交換部件10的催化劑，只要至少含有一種從由貴金屬(鉬、銠、鈀、釕、銦、銀以及金)、鋁、鎳、鋯、鈦、鈰、鈷、錳、鋅、銅、錫、鐵、鈮、鎂、鑭、釤、鉍以及鋇構(gòu)成的群中選擇的元素。這里列舉的催化劑可以是金屬、氧化物以及除此以外的化合物。
[0052]第一流體(高溫側(cè))所通過的蜂窩構(gòu)造體1的第一流體流通部5的孔格3的隔壁4所承載的催化劑(催化劑金屬+載體(將催化劑金屬和承載該催化劑金屬的載體合在一起的物質(zhì)))的承載量優(yōu)選為10~400g/L，若是貴金屬則更為優(yōu)選為0.1~5g/L。催化劑(催化劑金屬+載體)的承載量為10g/L以上時，容易顯現(xiàn)出催化劑作用。另一方面，設(shè)為400g/L以下時，能夠抑制壓力損失、制造成本的上升。
[0053]接著，對在構(gòu)成熱交換部件10的蜂窩構(gòu)造體1形成的狹縫15的其他實施方式進行說明。圖3以及圖4表示 形成與外周壁7的狹縫15 (15a)連通的孔格3的隔壁4上形成有狹縫15 (15b)的實施方式。圖3表示在隔壁4的交點部形成有狹縫15 (15b)。圖4表示在隔壁4的一邊的中途形成有狹縫15 (15b)。如圖3以及圖4所示，在形成與外周壁7的狹縫15 (15a)連通的孔格3的隔壁4上形成有狹縫15 (15b)會緩和熱應(yīng)力，因而較為優(yōu)選。此外，形成于外周壁?的狹縫15 (15a)與形成于隔壁4的狹縫15 (15b)的狹縫寬度無需一定相同，不同的狹縫寬度的情況也是優(yōu)選的實施方式之一。通過如上述那樣設(shè)置，從而能夠得到不降低等靜壓強度(ISO強度)而緩和熱應(yīng)力的效果，并得到抑制壓力損失的效果。若蜂窩構(gòu)造體1的ISO強度下降，則在用被覆部件11被覆蜂窩構(gòu)造體1的被覆工序和實際使用時有蜂窩構(gòu)造體1破損的情況。
[0054]圖5表示在外周壁7上形成有多個狹縫15的實施方式。圖5是將蜂窩構(gòu)造體1的軸方向上的截面簡略化的示意圖。狹縫15不僅形成于外周壁7，還可以形成于隔壁4。通過在外周壁7上形成多個狹縫15，從而進一步得到緩和熱應(yīng)力的效果。
[0055]圖6表示對狹縫15的寬度進行說明的說明圖。狹縫15的寬度15t的合計長度優(yōu)選在外周壁7的整個周長(一周的長度)的50%以下，更為優(yōu)選在30%以下。狹縫15的寬度15t的合計是指，將形成于外周壁7的多個狹縫15各自的寬度15t全部合計而成的長度。通過設(shè)為這種范圍，從而能夠不降低ISO強度的情況下緩和熱應(yīng)力。此外，關(guān)于一個狹縫15的寬度，沒有特殊限制，優(yōu)選為0.03~5mm，更為優(yōu)選為0.1~2mm，尤為優(yōu)選為0.3~
1.1mm。通過設(shè)為上述范圍，能夠充分地緩和熱應(yīng)力，并能抑制制造成本的上升。
[0056]圖7A表示對與外周壁7連通的狹縫15所存在的區(qū)域進行說明的說明圖。圖7A的實施方式中，狹縫15形成于外周壁7，進而在徑方向上形成于比從外周壁7到蜂窩構(gòu)造體1的中心為止的半徑的50%更靠外側(cè)的區(qū)域。即，與外周壁7連通的狹縫15所存在的區(qū)域優(yōu)選為比半徑的50%更靠外側(cè)的區(qū)域(圖的網(wǎng)格區(qū)域)，更為優(yōu)選為比半徑的30%更靠外側(cè)的區(qū)域。通過設(shè)成這種范圍，從而能夠不降低ISO強度的情況下緩和熱應(yīng)力。圖7B表示對蜂窩構(gòu)造體1的截面為橢圓形的實施方式中的、與外周壁7連通的狹縫15所存在的區(qū)域進行說明的說明圖。為了不使ISO強度降低，優(yōu)選狹縫15存在于比較短的半徑的50%更靠外側(cè)的區(qū)域，更優(yōu)選狹縫15存在于比半徑的25%更靠外側(cè)的區(qū)域。蜂窩構(gòu)造體1的ISO強度下降時，在用被覆部件11被覆蜂窩構(gòu)造體1的被覆工序中有蜂窩構(gòu)造體1破損的情況。
[0057]圖8表示形成有與外周壁7不連通的縫隙15的實施方式。如圖8所示，該實施方式中，隔壁4上形成有與外周壁7不連通的縫隙15 (15c)。在本實施方式中，狹縫15c的與軸方向垂直的截面形成為十字狀。因為該狹縫15c與外周壁7不連通，所以難以使ISO強度降低。此外，狹縫15c能夠防止第一流體的壓力損失降低，并能夠使第一流體的流量增力口。與外周壁7不連通的狹縫15c的形狀不受本實施方式的限制。
[0058]圖9是表示在蜂窩構(gòu)造體1的軸方向的一部分上形成有狹縫15的實施方式的示意圖。在軸方向上，外周壁7的狹縫15也可以不在蜂窩構(gòu)造體1的整個全長上形成而是在一部分上形成。即便形成這種狹縫15，也能增強第一流體的流動，并能緩和熱應(yīng)力。在本實施方式中，因為能夠縮短狹縫15的加工時間，所以能夠降低成本。
[0059]圖10表示在作為被覆部件11的金屬管12內(nèi)串聯(lián)地配置有多個蜂窩構(gòu)造體1、且至少第一流體的入口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7形成有狹縫15的實施方式。在本實施方式中，蜂窩構(gòu)造體1被配置為串聯(lián)且蜂窩構(gòu)造體1相互間隔著空隙17。通過使蜂窩構(gòu)造體1相互間隔著空隙17連接著，從而與在蜂窩構(gòu)造體1相互間不存在空隙17的情況相比，在孔格3內(nèi)流通的第一流體在空隙17中得以被混合，流動的狀態(tài)紊亂化。由此，從第一流體向隔壁4以及外周壁7的熱傳遞受到促進，熱交換效率上升。此外，因為入口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7形成有狹縫15，所以能夠增強第一流體的流動，并能夠緩和熱應(yīng)力。
[0060]此外，還優(yōu)選在金屬管12與蜂窩構(gòu)造體1之間夾有由石墨片材構(gòu)成的中間部件13的狀態(tài)下，通過熱裝進行一體化。通過夾著由石墨片材構(gòu)成的中間部件13進行熱裝，從而在使用時的常溫?150°C的環(huán)境下對石墨片材施加壓力，熱傳遞變得良好。
[0061]此外，金屬管12的全長與蜂窩構(gòu)造體1的全長相比長0.1mm以上也是較佳的實施方式之一。如圖10所示，在蜂窩構(gòu)造體1相互間隔著空隙17配置時，優(yōu)選金屬管12的全長比多個蜂窩構(gòu)造體1的合計長度加上空隙17而得的長度長0.1mm以上。如圖1B所示，在一個蜂窩構(gòu)造體1與金屬管12嵌合時，優(yōu)選金屬管12的全長比蜂窩構(gòu)造體1的全長，長
0.1mm以上。即，優(yōu)選蜂窩構(gòu)造體1的軸方向上的端面2 (如圖10所示，在配置有多個蜂窩構(gòu)造體1時，最入口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體1的入口側(cè)的端面2x、以及最出口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體1的出口側(cè)的端面2y)位于金屬管12的內(nèi)側(cè)。通過做成金屬管12較長的設(shè)計，從而使熱交換性能變得易于充分發(fā)揮。此外，制作采用了熱交換部件10的熱交換器30時也易于加工。
[0062]接著，對本發(fā)明的熱交換部件10的制造方法進行說明。首先，將含有陶瓷粉末的坯土按壓成所期望的形狀，制作蜂窩成形體。作為蜂窩構(gòu)造體1的材料，可以采用上述的陶瓷，例如，在制造以Si含浸SiC復(fù)合材料為主要成分的蜂窩構(gòu)造體1時，將規(guī)定量的C粉末、SiC粉末、膠粘劑、水或者有機溶劑混煉做成坯土，予以成形而得到所期望形狀的蜂窩成形體。
[0063]然后，通過使蜂窩成形體干燥、燒成，從而能夠得到蜂窩構(gòu)造體1，該蜂窩構(gòu)造體1通過隔壁4劃分形成有成為氣體的流路的多個孔格3。對于狹縫的加工方法沒有特別限制，可以采用磨削加工、切削加工、激光加工、水射流加工、電火花(EDM)加工等。對燒成前的蜂窩成形體形成狹縫也是優(yōu)選的實施方式之一。通過在燒成前進行加工，從而能夠使加工面的損害最小，并能夠抑制制造成本的上升。接著，使作為被覆部件11的金屬管12升溫，將蜂窩構(gòu)造體1插入到金屬管12并通過熱裝進行一體化，能夠形成熱交換部件10。此外，蜂窩構(gòu)造體1與被覆部件11的接合除了熱裝以外，還可以采用釬焊、擴散接合等。此外，被覆部件11不限于金屬管12。
[0064]圖11是表示包含本發(fā)明的熱交換部件10的熱交換器30的立體圖。如圖11所示，熱交換器30由熱交換部件10、在內(nèi)部含有熱交換部件10的罩體21形成。蜂窩構(gòu)造體1的孔格3成為第一流體所流通的第一流體流通部5。熱交換器30構(gòu)成為，比第二流體溫度高的第一流體在蜂窩構(gòu)造體1的孔格3內(nèi)流通。此外，罩體21形成有第二流體的入口 22以及出口 23，第二流體在熱交換部件10的金屬管12的外周面12h上流通。
[0065]S卩，通過罩體21的內(nèi)側(cè)面24和金屬管12的外周面12h形成第二流體流通部6。第二流體流通部6是由罩體21以及金屬管12的外周面12h形成的第二流體的流通部，被第一流體流通部5與蜂窩構(gòu)造體1的隔壁4、金屬管12隔開，可以進行熱傳導(dǎo)。即，熱交換器30通過隔壁4、金屬管12接收在第一流體流通部5流通的第一流體的熱量，并向流通的作為第二流體的被加熱體傳遞熱量。做成第一流體與第二流體之間被完全分離，這些流體被構(gòu)成為不會發(fā)生混合。
[0066]優(yōu)選地，熱交換器30使比第二流體溫度高的第一流體流通，從第一流體向第二流體進行熱傳導(dǎo)。使作為第一流體的氣體流通、使作為第二流體的液體流通時，能夠高效地進行第一流體與第二流體的熱交換。即，本發(fā)明的熱交換器30可以作為氣體/液體熱交換器適用。
[0067]在如上所述的構(gòu)成的本發(fā)明的熱交換器30中所流通的作為第一流體的加熱體只要是具有熱量的介質(zhì)即可，沒有氣體、液體等特別限定。例如，如果是氣體，則可列舉有汽車的排氣等。此外，作為從加熱體取走熱量(進行熱交換)的第二流體的被加熱體只要比加熱體溫度更低，作為介質(zhì)就沒有氣體、液體等特別限定。
[0068]實施例
[0069]以下，根據(jù)實施例對本發(fā)明進行更詳細地說明，但本發(fā)明不受這些實施例的限定。
[0070](蜂窩構(gòu)造體的制造)
[0071]適量混合SiC、有機膠粘劑(甲基纖維素)、水等，接著進行混煉，制作坯土。通過擠壓成形，將該坯土做成具有圓柱狀外觀的蜂窩形狀，進行干燥從而得到成形體。接著，通過將成形體進行Si含浸燒成，由此制造主要成分為碳化硅的蜂窩構(gòu)造體1 (直徑42_、長度100mm、隔壁4的厚度0.4mm、孔格密度150cpsi)。
[0072](狹縫的加工)
[0073]對Si含浸前的成形體或Si含浸燒成后的蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7，采用具有
0.3?0.9mm的砂輪寬度的金剛石砂輪，實施規(guī)定深度的狹縫加工。
[0074](金屬管)
[0075]通過熱裝使不銹鋼的金屬管12嵌合到蜂窩構(gòu)造體1的外周面7h，制造熱交換部件10 (參照圖1B)。
[0076](罩體)
[0077]在由不銹鋼制成的罩體21內(nèi)配置有熱交換部件10 (參照圖11)。
[0078](熱交換效率試驗)
[0079]如上所述地，采用了通過將實施例、比較例的熱交換部件10收容到不銹鋼制的容器(罩體)內(nèi)而制作的熱交換器30。測定使第一流體在熱交換部件10的蜂窩構(gòu)造體1的孔格3中通過時的向第二流體的傳熱效率。作為第一流體，采用氮氣(N2)，在蜂窩構(gòu)造體1的第一流體流通部5以350°C、SV (空速)50000h—1流到孔格3內(nèi)。此外，作為第二流體采用水，在罩體內(nèi)的第二流體流通部6以40°C流動10L/min的流量。將在距離熱交換部件10的孔格3的入口 20mm的上游流動的第一流體的溫度設(shè)為“入口氣體溫度”，將在距離孔格3的出口 200mm的下游流動的第一流體的溫度設(shè)為“出口氣體溫度”。將通過罩體21的入口的水的溫度設(shè)為“入口水溫”。
[0080]熱交換效率(％)=(入口氣體溫度一出口氣體溫度)/ (入口氣體溫度一入口水溫)X 100
[0081](耐熱試驗)
[0082]作為第一流體采用500°C的氮氣(N2),作為第二流體采用20°C的水。
[0083](等靜壓強度(ISO強度)的評價)
[0084]在蜂窩構(gòu)造體1的外周面7h纏繞厚度0.5mm的聚氨酯橡膠制的片材，而且，在蜂窩構(gòu)造體1的兩端面2夾著圓形的聚氨酯橡膠制的片材，配置厚度20_的鋁制的圓板。鋁制的圓板以及聚氨酯橡膠制的片材采用了半徑與蜂窩構(gòu)造體1的端面2的半徑相同的部件。沿著鋁制的圓板的外周卷繞塑料膠帶，從而對 鋁制的圓板的外周與聚氨酯橡膠制的片材之間進行封閉，做成試驗用樣品。將所制作的試驗用樣品放入到加入有水的壓力容器中。然后，以0.3~3.0MPa/分的速度增大壓力，對試驗用樣品施加3.0MPa的靜水壓，確認蜂窩構(gòu)造體1的破壞以及裂紋的產(chǎn)生。有無裂紋產(chǎn)生通過試驗中的破裂聲音的確認、以及試驗后目視蜂窩構(gòu)造體1的外觀來進行。
[0085][表 1]
[0086]
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換部件，具有:蜂窩構(gòu)造體和被覆部件，所述蜂窩構(gòu)造體具有筒狀的外周壁和隔壁，所述隔壁劃分形成作為第一流體的流路的多個孔格，所述蜂窩構(gòu)造體以陶瓷為主要成分，所述被覆部件被覆所述蜂窩構(gòu)造體，并且能夠使在所述蜂窩構(gòu)造體的內(nèi)部流動的所述第一流體與在所述蜂窩構(gòu)造體的外部流動的第二流體不發(fā)生混合地進行所述第一流體與所述第二流體之間的熱交換，在所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁具有至少一個狹縫，在流通所述孔格的所述第一流體與流通所述被覆部件的外側(cè)的所述第二流體不混合的狀態(tài)下，通過所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁以及所述被覆部件，使所述第一流體與所述第二流體進行熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換部件，其中，與所述外周壁的所述狹縫連通的所述孔格中的至少一個是形狀與內(nèi)側(cè)的所述孔格不同的不完整孔格。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換部件，其中，在形成與所述外周壁的所述狹縫連通的所述孔格的所述隔壁上形成有狹縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的熱交換部件，其中，在所述外周壁形成有多個所述狹縫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的熱交換部件，其中，在所述隔壁形成有與所述外周壁不連通的狹縫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的熱交換部件，其中，在軸方向上，所述外周壁的所述狹縫并不是在所述蜂窩構(gòu)造體的整個全長上形成，而是在一部分上形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項所述的熱交換部件，其中，在所述被覆部件內(nèi)串聯(lián)地配置有多個所述蜂窩構(gòu)造體，至少在所述第一流體的入口側(cè)的所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁形成有所述狹縫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項所述的熱交換部件，其特征在于，所述隔壁以及所述外周壁的至少一方被致密化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項所述的熱交換部件，其特征在于，所述蜂窩構(gòu)造體的主要成分為碳化硅。
【文檔編號】F28D1/053GK103635770SQ201280032166
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】川口龍生, 宮崎誠, 近藤好正, 高橋博紀 申請人:日本礙子株式會社
【專利摘要】本發(fā)明提供一種熱交換部件，該熱交換器通過緩和熱應(yīng)力從而使由熱應(yīng)力導(dǎo)致的破損難以產(chǎn)生。該熱交換部件具有蜂窩構(gòu)造體（1）和被覆部件。在蜂窩構(gòu)造體（1）的外周壁（7）具有至少一個狹縫（15）。被覆部件以可以進行在第一流體與第二流體之間的熱交換地被覆蜂窩構(gòu)造體（1）。熱交換部件（10）在流通孔格（3）的第一流體與流通被覆部件的外側(cè)的第二流體不混合的狀態(tài)下，通過蜂窩構(gòu)造體（1）的外周壁（7）以及被覆部件使第一流體與第二流體進行熱交換。
【專利說明】熱交換部件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠進行第一流體和第二流體的熱交換的采用蜂窩構(gòu)造體的熱交換部件。
【背景技術(shù)】
[0002]熱交換器中，通過傳導(dǎo)熱量的熱交換部件，在溫度高的流體與溫度低的流體之間進行熱量的授受。在這種熱交換器中，因為存在使用溫度非常高的流體的情況或使用水等容易產(chǎn)生腐蝕的流體的情況，所以，采用陶瓷制的熱交換部件(例如專利文獻1)。使用陶瓷制的熱交換部件時，能提高耐熱性或耐腐蝕性。
[0003]此外，熱交換部件有時受到來自溫度高的流體的熱量而膨脹、或者有時被溫度低的流體取走熱量而收縮。特別是，在熱交換部件中，由于該2種流體的溫度差，變得在每個部分容易產(chǎn)生溫度差。由于該溫度差，在熱交換部件的每個部分由熱量引起的收縮和膨脹程度不同。其結(jié)果，在熱交換部件中的特定的部分有時會局部地產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。如此地在熱交換部件中的特定的部分局部地產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力時，該部分變得容易破損。作為對由這種熱應(yīng)力引起的問題的對策，通過增加機械強度弱的部位的厚度、或者設(shè)置補強的部件，從而做成提高機械強度的結(jié)構(gòu)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0005]專利文獻1:日本特開昭61-24997號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]熱交換部件被要求在嚴格的條件下使用，熱交換部件被要求能夠抑制由熱應(yīng)力導(dǎo)致的破損的產(chǎn)生。
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種通過緩和熱應(yīng)力從而使由熱應(yīng)力造成的破損難以產(chǎn)生的熱交換部件。
[0008]本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):通過在構(gòu)成熱交換部件的蜂窩構(gòu)造體的外周壁形成狹縫，從而能夠解決上述問題。即，通過本發(fā)明提供如下的熱交換部件。
[0009][1] 一種熱交換部件，具有蜂窩構(gòu)造體以及被覆部件，該蜂窩構(gòu)造體具有筒狀的外周壁和隔壁，該隔壁劃分形成有作為第一流體的流路的多個孔格，該蜂窩構(gòu)造體以陶瓷為主要成分；該被覆部件被覆所述蜂窩構(gòu)造體，并且能夠使在所述蜂窩構(gòu)造體的內(nèi)部流動的所述第一流體與在所述蜂窩構(gòu)造體的外部流動的第二流體不發(fā)生混合地進行所述第一流體與所述第二流體之間的熱交換，所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁具有至少1個狹縫，在流通所述孔格的所述第一流體與流通所述被覆部件的外側(cè)的所述第二流體不混合的狀態(tài)下，通過所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁以及所述被覆部件使所述第一流體與所述第二流體進行熱交換。
[0010][2]上述[1]所述的熱交換部件，其中，與所述外周壁的所述狹縫連通的所述孔格中的至少一個是形狀與內(nèi)側(cè)的所述孔格不同的不完整孔格。[0011][3]上述[1]或[2]所述的熱交換部件,其中,在形成與所述外周壁的所述狹縫連通的所述孔格的所述隔壁形成有狹縫。
[0012][4]上述[1]?[3]中的任一項所述的熱交換部件，其中，在所述外周壁形成有多個所述狹縫。
[0013][5]上述[1]?[4]中的任一項所述的熱交換部件，其中，在所述隔壁形成有與所述外周壁不連通的狹縫。
[0014][6]上述[1 ]?[5]中的任一項所述的熱交換部件，其中，在軸方向上，所述外周壁的所述狹縫并不是在所述蜂窩構(gòu)造體的整個全長上形成，而是在一部分上形成。
[0015][7]上述[1]?[6]中的任一項所述的熱交換部件，其中，在所述被覆部件內(nèi)串聯(lián)地配置有多個所述蜂窩構(gòu)造體，至少在所述第一流體的入口側(cè)的所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁形成有所述狹縫。
[0016][8]上述[1]?[7]中的任一項所述的熱交換部件，其中，所述隔壁以及所述外周壁的至少一個被致密化。
[0017][9]上述[1]?[8]中的任一項所述的熱交換部件，其中，所述蜂窩構(gòu)造體的主要成分為碳化娃。
[0018]發(fā)明效果
[0019]通過在蜂窩構(gòu)造體的外周壁形成狹縫，從而能夠緩和熱應(yīng)力。由此，能夠防止蜂窩構(gòu)造體的破損。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1A是表示本發(fā)明的熱交換部件的一實施方式的立體圖。
[0021]圖1B是表示將構(gòu)成熱交換部件的蜂窩構(gòu)造體與被覆部件做成一體之前的立體圖。
[0022]圖2是蜂窩構(gòu)造體的局部放大圖。
[0023]圖3是表示在形成與外周壁的狹縫連通的孔格的隔壁形成有狹縫的實施方式的示意圖。
[0024]圖4是表示在形成與外周壁的狹縫連通的孔格的隔壁形成有狹縫的其他的實施方式的示意圖。
[0025]圖5是表示在外周壁上形成有多個狹縫的實施方式的示意圖。
[0026]圖6是對狹縫的寬度進行說明的說明圖。
[0027]圖7A是對與外周壁連通的狹縫所存在的區(qū)域進行說明的說明圖。
[0028]圖7B是對蜂窩構(gòu)造體的截面為橢圓形的實施方式中的、與外周壁連通的狹縫所存在的區(qū)域進行說明的說明圖。
[0029]圖8是表示形成有與外周壁不連通的縫隙的實施方式的示意圖。
[0030]圖9是表示在蜂窩構(gòu)造體的軸方向的一部分上形成有狹縫的實施方式的示意圖。
[0031]圖10是表示在金屬管內(nèi)串聯(lián)地配置有多個蜂窩構(gòu)造體、至少在第一流體的入口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體的外周壁形成有狹縫的實施方式的示意圖。
[0032]圖11是表示收容熱交換部件的熱交換器的示意圖。
[0033]符號說明:[0034]1:蜂窩構(gòu)造體、2，2x，2y:(軸方向的)端面、3:孔格、3p:不完整孔格、3q:完整孔格、4:隔壁、5:第一流體流通部、6:第二流體流通部、7:外周壁、7h:(蜂窩構(gòu)造體的)外周面、10:熱交換部件、11:被覆部件、12:金屬管、ia:(金屬管的)外周面、13:中間部件、15:狹縫、15a:(外周壁的)狹縫、15b:(隔壁的)狹縫、15c:(與外周壁不連通的)狹縫、15t:狹縫的寬度、17:空隙、21:罩體、22:(第二流體的)入口、23:(第二流體的)出口、24:(罩體的)內(nèi)側(cè)面、30:熱交換器。
【具體實施方式】
[0035]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明不受以下的實施方式的限定，只要不脫離發(fā)明的范圍，就可以進行變更、修正、改良。
[0036]圖1A表示本發(fā)明的熱交換部件10的一實施方式的立體圖。此外，圖1B是表示將構(gòu)成熱交換部件10的蜂窩構(gòu)造體1與被覆部件11做成一體之前的立體圖。此外，圖2是蜂窩構(gòu)造體1的局部放大圖。
[0037]如圖1A所示，熱交換部件10具有蜂窩構(gòu)造體1以及被覆部件11(例如金屬管12)。蜂窩構(gòu)造體1具有:筒狀的外周壁7以及隔壁4，該隔壁4劃分形成有成為第一流體的流路的多個孔格3 (參照圖2等)，該蜂窩構(gòu)造體1以陶瓷為主要成分。為了提高熱交換效率，優(yōu)選蜂窩構(gòu)造體1的隔壁4以及外周壁7的至少一個被致密化。被致密化的陶瓷的氣孔率優(yōu)選為20%以下，更為優(yōu)選為10%以下，最為優(yōu)選為5%以下。此外，如圖2所示，蜂窩構(gòu)造體1在外周壁7具有至少一個狹縫15。圖1B所示的實施方式中，多個狹縫15從一方的端面
2到另一方的端面2形成于外周壁7。被覆部件11以第一流體和第二流體之間能夠進行熱交換地被覆蜂窩構(gòu)造體1 (圖1B表示被覆之前)。熱交換部件10于在孔格3流通的第一流體與在被覆部件11 (例如金屬管12)的外側(cè)流通的第二流體不混合的狀態(tài)下，通過蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7以及被覆部件11 (金屬管12)使第一流體和第二流體進行熱交換。
[0038]因為被覆部件11被覆蜂窩構(gòu)造體1的外周面7h，所以能夠使在蜂窩構(gòu)造體1的內(nèi)部流動的第一流體和在蜂窩構(gòu)造體1的外部流動的第二流體不混合的情況下分別流通、并進行熱交換。使熱量傳導(dǎo)到外周壁7和隔壁4，進行第一流體與第二流體的熱交換時，在外周壁7和隔壁4因場所不同而產(chǎn)生溫度差。這種溫度差產(chǎn)生伴隨熱量的膨脹、收縮的程度之差，其結(jié)果，使在外周壁7、隔壁4產(chǎn)生熱應(yīng)力。該熱應(yīng)力可能成為外周壁7、隔壁4變形、開裂的原因。本發(fā)明的熱交換部件10中，在蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7設(shè)置至少一個以上狹縫15，因此，能夠緩和在外周壁7產(chǎn)生的熱應(yīng)力，進而能夠抑制在外周壁7和隔壁4的變形和開裂的產(chǎn)生。
[0039]如圖2所示，優(yōu)選與外周壁7的狹縫15連通的孔格3的至少一個是形狀與內(nèi)側(cè)的孔格3 (完整孔格3q)不同的不完整孔格3p。不完整孔格3p中，第一流體難以流動，在形成不完整孔格3p的外周壁7形成狹縫15，由此增加不完整孔格3p的開口面積，改善第一流體的流動。即，通過在形成不完整孔格3p的外周壁7形成狹縫15，由此，能夠緩和熱應(yīng)力，改善熱交換效率。
[0040]被覆蜂窩構(gòu)造體1的被覆部件11優(yōu)選為使第一流體和第二流體不流通、熱傳導(dǎo)性好、具有耐熱性、耐腐蝕性的部件。作為被覆部件11可列舉有金屬管12、陶瓷管等。作為金屬管12的材質(zhì)，例如可以采用不銹鋼、鈦合金、銅合金、鋁合金、黃銅等。此外，被覆部件11不限于管子，還可以采用金屬板、陶瓷板?；蛘?，還可以用樹脂涂布蜂窩構(gòu)造體1并將其作為被覆部件11使用。
[0041]蜂窩構(gòu)造體1是用陶瓷形成為筒狀、具有從軸方向的一方的端面2到另一方的端面2貫通的流體的流路的部件。蜂窩構(gòu)造體1具有隔壁4，通過隔壁4劃分形成有作為流體的流路的許多孔格3。通過具有隔壁4，能夠高效地收集來自在蜂窩構(gòu)造體1的內(nèi)部流通的流體的熱量，并將該熱量傳遞到外部。
[0042]蜂窩構(gòu)造體1的外形不限于圓筒狀(圓柱狀)，與軸(長度)方向垂直的截面還可以為橢圓形。此外，蜂窩構(gòu)造體1的外形還可以是棱柱狀、即與軸(長度)方向垂直的截面可以是為四角形或者其他多角形。
[0043]本發(fā)明的熱交換部件10中，蜂窩構(gòu)造體1以陶瓷為主要成分，由此隔壁4或外周壁7的熱傳導(dǎo)率提高，其結(jié)果，能夠高效地進行通過隔壁4、外周壁7進行的熱交換。此外，本說明書中所說的以陶瓷為主要成分，是指含有50質(zhì)量％以上的陶瓷。
[0044]蜂窩構(gòu)造體1在尤其是考慮傳熱性時，優(yōu)選熱傳導(dǎo)性較高的SiC (碳化硅)作為主要成分。此外，所說的主要成分，是指蜂窩構(gòu)造體1的50質(zhì)量％以上為碳化硅。
[0045]此外，具體地說，作為蜂窩構(gòu)造體1的材料，可以采用Si含浸SiC、(Si + A1)含浸SiC、金屬復(fù)合SiC、再結(jié)晶SiC、Si3N4以及SiC等。但是，在多孔體的情況下因為不能得到高的熱傳導(dǎo)率，所以，為了獲得高的熱交換率，優(yōu)選做成致密體構(gòu)造(氣孔率20%以下)，優(yōu)選采用Si含浸SiC、(Si + A1)含浸SiC。SiC具有熱傳導(dǎo)率高、容易放熱的特點，而Si含浸SiC表現(xiàn)出較高的熱傳導(dǎo)率、耐熱性，并且被形成得較為致密，作為傳熱部件表現(xiàn)出充分的強度。例如，在SiC (碳化硅)的多孔體的情況下，為20W/m.K左右，但通過做成致密體，能夠在100W/m.K以上。
[0046]蜂窩構(gòu)造體1的孔格3的與軸方向垂直的截面的孔格形狀，可以從圓形、橢圓形、三角形、四角形、六角形、其他多角形等中適當?shù)剡x擇所期望的形狀。
[0047]對于蜂窩構(gòu)造體1的孔格密度(S卩，每單位截面積的孔格的數(shù)量)沒有特別限定，根據(jù)目的適當選擇即可，但優(yōu)選在25?2000孔格/平方英寸(4?320孔格/cm2)的范圍內(nèi)。通過將孔格密度做成25孔格/平方英寸以上，從而能夠使隔壁4的強度充足，進而能夠使蜂窩構(gòu)造體1自身的強度和有效GSA (幾何學表面積)充足。此外，通過做成2000孔格/平方英寸以下，能夠防止熱介質(zhì)流動時的壓力損失變大。
[0048]對于蜂窩構(gòu)造體1的孔格3的隔壁4的厚度(壁厚)，也根據(jù)目的適當選擇即可，沒有特別限制。將壁厚做成50μπι?2mm較為優(yōu)選，做成60?500μπι更為優(yōu)選。通過將壁厚做成50 μ m以上，能夠使機械強度變充分，能夠防止由于沖擊、熱應(yīng)力而發(fā)生破損的情況。此外，通過做成2_以下，從而能夠防止流體的壓力損失變大、或者熱介質(zhì)透過的熱交換率下降這些不良情況。
[0049]對于蜂窩構(gòu)造體1的孔格3的隔壁4的密度優(yōu)選為0.5?5g/cm3。通過做成0.5g/cm3以上，從而能夠使隔壁4的強度充足，并防止當?shù)谝涣黧w穿過流路內(nèi)時隔壁4因壓力而破損的情況。此外，通過做成5g/cm3以下，能夠使蜂窩構(gòu)造體1輕量化。通過設(shè)為上述范圍的密度，從而能夠加固蜂窩構(gòu)造體1，還得到使熱傳導(dǎo)率提高的效果。
[0050]蜂窩構(gòu)造體1的熱傳導(dǎo)率優(yōu)選為100W/m.Κ以上。更為優(yōu)選為120?300W/m.Κ，進而優(yōu)選為150?300W/m.K。通過設(shè)成該范圍，熱傳導(dǎo)性變良好，有效地將蜂窩構(gòu)造體1內(nèi)的熱量排出到被覆部件11 (金屬管12)的外側(cè)。
[0051]本發(fā)明的熱交換部件10中，在作為第一流體流過排出氣體的情況下，優(yōu)選使隔壁4承載催化劑。像這樣在隔壁4承載催化劑時，可以通過催化反應(yīng)將排出氣體中的C0、N0x、HC等做成無害物質(zhì)，除此之外，可以將催化反應(yīng)時產(chǎn)生的反應(yīng)熱用于熱交換。作為用于本發(fā)明的熱交換部件10的催化劑，只要至少含有一種從由貴金屬(鉬、銠、鈀、釕、銦、銀以及金)、鋁、鎳、鋯、鈦、鈰、鈷、錳、鋅、銅、錫、鐵、鈮、鎂、鑭、釤、鉍以及鋇構(gòu)成的群中選擇的元素。這里列舉的催化劑可以是金屬、氧化物以及除此以外的化合物。
[0052]第一流體(高溫側(cè))所通過的蜂窩構(gòu)造體1的第一流體流通部5的孔格3的隔壁4所承載的催化劑(催化劑金屬+載體(將催化劑金屬和承載該催化劑金屬的載體合在一起的物質(zhì)))的承載量優(yōu)選為10~400g/L，若是貴金屬則更為優(yōu)選為0.1~5g/L。催化劑(催化劑金屬+載體)的承載量為10g/L以上時，容易顯現(xiàn)出催化劑作用。另一方面，設(shè)為400g/L以下時，能夠抑制壓力損失、制造成本的上升。
[0053]接著，對在構(gòu)成熱交換部件10的蜂窩構(gòu)造體1形成的狹縫15的其他實施方式進行說明。圖3以及圖4表示 形成與外周壁7的狹縫15 (15a)連通的孔格3的隔壁4上形成有狹縫15 (15b)的實施方式。圖3表示在隔壁4的交點部形成有狹縫15 (15b)。圖4表示在隔壁4的一邊的中途形成有狹縫15 (15b)。如圖3以及圖4所示，在形成與外周壁7的狹縫15 (15a)連通的孔格3的隔壁4上形成有狹縫15 (15b)會緩和熱應(yīng)力，因而較為優(yōu)選。此外，形成于外周壁?的狹縫15 (15a)與形成于隔壁4的狹縫15 (15b)的狹縫寬度無需一定相同，不同的狹縫寬度的情況也是優(yōu)選的實施方式之一。通過如上述那樣設(shè)置，從而能夠得到不降低等靜壓強度(ISO強度)而緩和熱應(yīng)力的效果，并得到抑制壓力損失的效果。若蜂窩構(gòu)造體1的ISO強度下降，則在用被覆部件11被覆蜂窩構(gòu)造體1的被覆工序和實際使用時有蜂窩構(gòu)造體1破損的情況。
[0054]圖5表示在外周壁7上形成有多個狹縫15的實施方式。圖5是將蜂窩構(gòu)造體1的軸方向上的截面簡略化的示意圖。狹縫15不僅形成于外周壁7，還可以形成于隔壁4。通過在外周壁7上形成多個狹縫15，從而進一步得到緩和熱應(yīng)力的效果。
[0055]圖6表示對狹縫15的寬度進行說明的說明圖。狹縫15的寬度15t的合計長度優(yōu)選在外周壁7的整個周長(一周的長度)的50%以下，更為優(yōu)選在30%以下。狹縫15的寬度15t的合計是指，將形成于外周壁7的多個狹縫15各自的寬度15t全部合計而成的長度。通過設(shè)為這種范圍，從而能夠不降低ISO強度的情況下緩和熱應(yīng)力。此外，關(guān)于一個狹縫15的寬度，沒有特殊限制，優(yōu)選為0.03~5mm，更為優(yōu)選為0.1~2mm，尤為優(yōu)選為0.3~
1.1mm。通過設(shè)為上述范圍，能夠充分地緩和熱應(yīng)力，并能抑制制造成本的上升。
[0056]圖7A表示對與外周壁7連通的狹縫15所存在的區(qū)域進行說明的說明圖。圖7A的實施方式中，狹縫15形成于外周壁7，進而在徑方向上形成于比從外周壁7到蜂窩構(gòu)造體1的中心為止的半徑的50%更靠外側(cè)的區(qū)域。即，與外周壁7連通的狹縫15所存在的區(qū)域優(yōu)選為比半徑的50%更靠外側(cè)的區(qū)域(圖的網(wǎng)格區(qū)域)，更為優(yōu)選為比半徑的30%更靠外側(cè)的區(qū)域。通過設(shè)成這種范圍，從而能夠不降低ISO強度的情況下緩和熱應(yīng)力。圖7B表示對蜂窩構(gòu)造體1的截面為橢圓形的實施方式中的、與外周壁7連通的狹縫15所存在的區(qū)域進行說明的說明圖。為了不使ISO強度降低，優(yōu)選狹縫15存在于比較短的半徑的50%更靠外側(cè)的區(qū)域，更優(yōu)選狹縫15存在于比半徑的25%更靠外側(cè)的區(qū)域。蜂窩構(gòu)造體1的ISO強度下降時，在用被覆部件11被覆蜂窩構(gòu)造體1的被覆工序中有蜂窩構(gòu)造體1破損的情況。
[0057]圖8表示形成有與外周壁7不連通的縫隙15的實施方式。如圖8所示，該實施方式中，隔壁4上形成有與外周壁7不連通的縫隙15 (15c)。在本實施方式中，狹縫15c的與軸方向垂直的截面形成為十字狀。因為該狹縫15c與外周壁7不連通，所以難以使ISO強度降低。此外，狹縫15c能夠防止第一流體的壓力損失降低，并能夠使第一流體的流量增力口。與外周壁7不連通的狹縫15c的形狀不受本實施方式的限制。
[0058]圖9是表示在蜂窩構(gòu)造體1的軸方向的一部分上形成有狹縫15的實施方式的示意圖。在軸方向上，外周壁7的狹縫15也可以不在蜂窩構(gòu)造體1的整個全長上形成而是在一部分上形成。即便形成這種狹縫15，也能增強第一流體的流動，并能緩和熱應(yīng)力。在本實施方式中，因為能夠縮短狹縫15的加工時間，所以能夠降低成本。
[0059]圖10表示在作為被覆部件11的金屬管12內(nèi)串聯(lián)地配置有多個蜂窩構(gòu)造體1、且至少第一流體的入口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7形成有狹縫15的實施方式。在本實施方式中，蜂窩構(gòu)造體1被配置為串聯(lián)且蜂窩構(gòu)造體1相互間隔著空隙17。通過使蜂窩構(gòu)造體1相互間隔著空隙17連接著，從而與在蜂窩構(gòu)造體1相互間不存在空隙17的情況相比，在孔格3內(nèi)流通的第一流體在空隙17中得以被混合，流動的狀態(tài)紊亂化。由此，從第一流體向隔壁4以及外周壁7的熱傳遞受到促進，熱交換效率上升。此外，因為入口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7形成有狹縫15，所以能夠增強第一流體的流動，并能夠緩和熱應(yīng)力。
[0060]此外，還優(yōu)選在金屬管12與蜂窩構(gòu)造體1之間夾有由石墨片材構(gòu)成的中間部件13的狀態(tài)下，通過熱裝進行一體化。通過夾著由石墨片材構(gòu)成的中間部件13進行熱裝，從而在使用時的常溫?150°C的環(huán)境下對石墨片材施加壓力，熱傳遞變得良好。
[0061]此外，金屬管12的全長與蜂窩構(gòu)造體1的全長相比長0.1mm以上也是較佳的實施方式之一。如圖10所示，在蜂窩構(gòu)造體1相互間隔著空隙17配置時，優(yōu)選金屬管12的全長比多個蜂窩構(gòu)造體1的合計長度加上空隙17而得的長度長0.1mm以上。如圖1B所示，在一個蜂窩構(gòu)造體1與金屬管12嵌合時，優(yōu)選金屬管12的全長比蜂窩構(gòu)造體1的全長，長
0.1mm以上。即，優(yōu)選蜂窩構(gòu)造體1的軸方向上的端面2 (如圖10所示，在配置有多個蜂窩構(gòu)造體1時，最入口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體1的入口側(cè)的端面2x、以及最出口側(cè)的蜂窩構(gòu)造體1的出口側(cè)的端面2y)位于金屬管12的內(nèi)側(cè)。通過做成金屬管12較長的設(shè)計，從而使熱交換性能變得易于充分發(fā)揮。此外，制作采用了熱交換部件10的熱交換器30時也易于加工。
[0062]接著，對本發(fā)明的熱交換部件10的制造方法進行說明。首先，將含有陶瓷粉末的坯土按壓成所期望的形狀，制作蜂窩成形體。作為蜂窩構(gòu)造體1的材料，可以采用上述的陶瓷，例如，在制造以Si含浸SiC復(fù)合材料為主要成分的蜂窩構(gòu)造體1時，將規(guī)定量的C粉末、SiC粉末、膠粘劑、水或者有機溶劑混煉做成坯土，予以成形而得到所期望形狀的蜂窩成形體。
[0063]然后，通過使蜂窩成形體干燥、燒成，從而能夠得到蜂窩構(gòu)造體1，該蜂窩構(gòu)造體1通過隔壁4劃分形成有成為氣體的流路的多個孔格3。對于狹縫的加工方法沒有特別限制，可以采用磨削加工、切削加工、激光加工、水射流加工、電火花(EDM)加工等。對燒成前的蜂窩成形體形成狹縫也是優(yōu)選的實施方式之一。通過在燒成前進行加工，從而能夠使加工面的損害最小，并能夠抑制制造成本的上升。接著，使作為被覆部件11的金屬管12升溫，將蜂窩構(gòu)造體1插入到金屬管12并通過熱裝進行一體化，能夠形成熱交換部件10。此外，蜂窩構(gòu)造體1與被覆部件11的接合除了熱裝以外，還可以采用釬焊、擴散接合等。此外，被覆部件11不限于金屬管12。
[0064]圖11是表示包含本發(fā)明的熱交換部件10的熱交換器30的立體圖。如圖11所示，熱交換器30由熱交換部件10、在內(nèi)部含有熱交換部件10的罩體21形成。蜂窩構(gòu)造體1的孔格3成為第一流體所流通的第一流體流通部5。熱交換器30構(gòu)成為，比第二流體溫度高的第一流體在蜂窩構(gòu)造體1的孔格3內(nèi)流通。此外，罩體21形成有第二流體的入口 22以及出口 23，第二流體在熱交換部件10的金屬管12的外周面12h上流通。
[0065]S卩，通過罩體21的內(nèi)側(cè)面24和金屬管12的外周面12h形成第二流體流通部6。第二流體流通部6是由罩體21以及金屬管12的外周面12h形成的第二流體的流通部，被第一流體流通部5與蜂窩構(gòu)造體1的隔壁4、金屬管12隔開，可以進行熱傳導(dǎo)。即，熱交換器30通過隔壁4、金屬管12接收在第一流體流通部5流通的第一流體的熱量，并向流通的作為第二流體的被加熱體傳遞熱量。做成第一流體與第二流體之間被完全分離，這些流體被構(gòu)成為不會發(fā)生混合。
[0066]優(yōu)選地，熱交換器30使比第二流體溫度高的第一流體流通，從第一流體向第二流體進行熱傳導(dǎo)。使作為第一流體的氣體流通、使作為第二流體的液體流通時，能夠高效地進行第一流體與第二流體的熱交換。即，本發(fā)明的熱交換器30可以作為氣體/液體熱交換器適用。
[0067]在如上所述的構(gòu)成的本發(fā)明的熱交換器30中所流通的作為第一流體的加熱體只要是具有熱量的介質(zhì)即可，沒有氣體、液體等特別限定。例如，如果是氣體，則可列舉有汽車的排氣等。此外，作為從加熱體取走熱量(進行熱交換)的第二流體的被加熱體只要比加熱體溫度更低，作為介質(zhì)就沒有氣體、液體等特別限定。
[0068]實施例
[0069]以下，根據(jù)實施例對本發(fā)明進行更詳細地說明，但本發(fā)明不受這些實施例的限定。
[0070](蜂窩構(gòu)造體的制造)
[0071]適量混合SiC、有機膠粘劑(甲基纖維素)、水等，接著進行混煉，制作坯土。通過擠壓成形，將該坯土做成具有圓柱狀外觀的蜂窩形狀，進行干燥從而得到成形體。接著，通過將成形體進行Si含浸燒成，由此制造主要成分為碳化硅的蜂窩構(gòu)造體1 (直徑42_、長度100mm、隔壁4的厚度0.4mm、孔格密度150cpsi)。
[0072](狹縫的加工)
[0073]對Si含浸前的成形體或Si含浸燒成后的蜂窩構(gòu)造體1的外周壁7，采用具有
0.3?0.9mm的砂輪寬度的金剛石砂輪，實施規(guī)定深度的狹縫加工。
[0074](金屬管)
[0075]通過熱裝使不銹鋼的金屬管12嵌合到蜂窩構(gòu)造體1的外周面7h，制造熱交換部件10 (參照圖1B)。
[0076](罩體)
[0077]在由不銹鋼制成的罩體21內(nèi)配置有熱交換部件10 (參照圖11)。
[0078](熱交換效率試驗)
[0079]如上所述地，采用了通過將實施例、比較例的熱交換部件10收容到不銹鋼制的容器(罩體)內(nèi)而制作的熱交換器30。測定使第一流體在熱交換部件10的蜂窩構(gòu)造體1的孔格3中通過時的向第二流體的傳熱效率。作為第一流體，采用氮氣(N2)，在蜂窩構(gòu)造體1的第一流體流通部5以350°C、SV (空速)50000h—1流到孔格3內(nèi)。此外，作為第二流體采用水，在罩體內(nèi)的第二流體流通部6以40°C流動10L/min的流量。將在距離熱交換部件10的孔格3的入口 20mm的上游流動的第一流體的溫度設(shè)為“入口氣體溫度”，將在距離孔格3的出口 200mm的下游流動的第一流體的溫度設(shè)為“出口氣體溫度”。將通過罩體21的入口的水的溫度設(shè)為“入口水溫”。
[0080]熱交換效率(％)=(入口氣體溫度一出口氣體溫度)/ (入口氣體溫度一入口水溫)X 100
[0081](耐熱試驗)
[0082]作為第一流體采用500°C的氮氣(N2),作為第二流體采用20°C的水。
[0083](等靜壓強度(ISO強度)的評價)
[0084]在蜂窩構(gòu)造體1的外周面7h纏繞厚度0.5mm的聚氨酯橡膠制的片材，而且，在蜂窩構(gòu)造體1的兩端面2夾著圓形的聚氨酯橡膠制的片材，配置厚度20_的鋁制的圓板。鋁制的圓板以及聚氨酯橡膠制的片材采用了半徑與蜂窩構(gòu)造體1的端面2的半徑相同的部件。沿著鋁制的圓板的外周卷繞塑料膠帶，從而對 鋁制的圓板的外周與聚氨酯橡膠制的片材之間進行封閉，做成試驗用樣品。將所制作的試驗用樣品放入到加入有水的壓力容器中。然后，以0.3~3.0MPa/分的速度增大壓力，對試驗用樣品施加3.0MPa的靜水壓，確認蜂窩構(gòu)造體1的破壞以及裂紋的產(chǎn)生。有無裂紋產(chǎn)生通過試驗中的破裂聲音的確認、以及試驗后目視蜂窩構(gòu)造體1的外觀來進行。
[0085][表 1]
[0086]
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換部件，具有:蜂窩構(gòu)造體和被覆部件，所述蜂窩構(gòu)造體具有筒狀的外周壁和隔壁，所述隔壁劃分形成作為第一流體的流路的多個孔格，所述蜂窩構(gòu)造體以陶瓷為主要成分，所述被覆部件被覆所述蜂窩構(gòu)造體，并且能夠使在所述蜂窩構(gòu)造體的內(nèi)部流動的所述第一流體與在所述蜂窩構(gòu)造體的外部流動的第二流體不發(fā)生混合地進行所述第一流體與所述第二流體之間的熱交換，在所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁具有至少一個狹縫，在流通所述孔格的所述第一流體與流通所述被覆部件的外側(cè)的所述第二流體不混合的狀態(tài)下，通過所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁以及所述被覆部件，使所述第一流體與所述第二流體進行熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換部件，其中，與所述外周壁的所述狹縫連通的所述孔格中的至少一個是形狀與內(nèi)側(cè)的所述孔格不同的不完整孔格。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換部件，其中，在形成與所述外周壁的所述狹縫連通的所述孔格的所述隔壁上形成有狹縫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的熱交換部件，其中，在所述外周壁形成有多個所述狹縫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的熱交換部件，其中，在所述隔壁形成有與所述外周壁不連通的狹縫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的熱交換部件，其中，在軸方向上，所述外周壁的所述狹縫并不是在所述蜂窩構(gòu)造體的整個全長上形成，而是在一部分上形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項所述的熱交換部件，其中，在所述被覆部件內(nèi)串聯(lián)地配置有多個所述蜂窩構(gòu)造體，至少在所述第一流體的入口側(cè)的所述蜂窩構(gòu)造體的所述外周壁形成有所述狹縫。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項所述的熱交換部件，其特征在于，所述隔壁以及所述外周壁的至少一方被致密化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項所述的熱交換部件，其特征在于，所述蜂窩構(gòu)造體的主要成分為碳化硅。
【文檔編號】F28D1/053GK103635770SQ201280032166
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】川口龍生, 宮崎誠, 近藤好正, 高橋博紀 申請人:日本礙子株式會社
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