CN103582798A

CN103582798A - 热交换部件、其制造方法、以及热交换器

Info

Publication number: CN103582798A
Application number: CN201280027515.XA
Authority: CN
Inventors: 铃木能大; 高桥博纪; 川口龙生; 近藤好正
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: EP2719987A1; EP2719987B1; JP6006204B2; JPWO2012169622A1; US10527369B2; WO2012169622A1; CN103582798B; EP2719987A4; US20140090821A1

Abstract

本发明提供一种采用蜂窝结构体来提高热交换效率的热交换部件、其制造方法、以及包括热交换部件的热交换器。热交换部件（10）串联配置有至少2个以上的蜂窝结构体（1），蜂窝结构体（1）具有：隔室结构部，该隔室结构部具有隔室，该隔室由包含SiC的隔壁区划形成，从一方的端面贯通至另一方的端面，作为第一流体所流通的流路；以及配设于隔室结构部的外周的外周壁。第一流体在蜂窝结构体（1）的各隔室内，不泄露、不混合至隔室外地流通。串联配置的蜂窝结构体（1）中的相邻的至少一组蜂窝结构体（1）的隔室结构部彼此隔有间隙（17）地配置，在各隔室内流通的第一流体在形成间隙（17）的端面之间相互混合。

Description

热交换部件、其制造方法、以及热交换器

技术领域

本发明涉及一种将第一流体（高温侧）的热量向第二流体（低温侧）传热的热交换部件、其制造方法、以及包括热交换部件的热交换器。

背景技术

为了改善汽车的燃料消耗率，需要下述技术：对发动机等的燃烧排气等高温气体进行热回收并有效利用，或者排气再循环至发动机的吸气侧时冷却排气。另外，为了使排气等高温气体与冷却水等液体进行热交换，需要气体/液体热交换器。作为气体/液体热交换器，一般为汽车的散热器、空调室外机等带有叶片的管型热交换器。但是，例如与汽车排气那样的气体进行热交换时，一般的金属制热交换器缺乏耐热性，难以在高温中使用。因此，具有耐热性、耐热冲击、耐腐蚀等的不锈钢等耐热金属、陶瓷材料等较适合。已知有用耐热金属制造的热交换器，但是存在耐热金属价格高且难以加工，密度大而重，热传导较低等课题。

专利文献1中，公开了如下内容：一种陶瓷制热交换体，从陶瓷制的主体的一端面至另一端面配设有加热体流路，并且与加热体流路之间垂直的方向上形成有被加热体流路。

在专利文献2中，公开了如下内容：一种陶瓷制热交换器，多个在内部形成有加热流体流路和非加热流体流路的陶瓷制热交换体在彼此的结合面间隔着绳状密封件地配设于外壳内，所述绳状密封件由未烧制的陶瓷材质构成。

但是，由于专利文献1、2中堵孔、切口加工等工时数较多生产率不良，所以成本高。另外气体/液体的流路是一列隔一列地配置，所以配管结构、流体的密封结构复杂。此外，液体的热传递系数一般比气体大10～100倍以上，在这些技术中，气体侧的传热面积不足，热交换器与决定热交换器性能的气体的传热面积成比例地变大。

专利文献3、4中公开了一种分别制造蜂窝结构部与管部分并将其接合的热交换器。但是，由于其生产率不良，所以具有成本变高的倾向。

另一方面，专利文献5中公开了由陶瓷制蜂窝结构体构成的蓄热体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭61－24997号公报

专利文献2：日本特公昭63－60319号公报

专利文献3：日本特开昭61－83897号公报

专利文献4：日本特开平2－150691号公报

专利文献5：日本特开平9－257239号公报

发明所要解决的课题

如上所述，专利文献1～4的热交换器由于结构复杂所以制造成本高。因此，热交换器需要通过减少蜂窝结构体的加工工序，从而降低制造成本。

另一方面，专利文献5中公开了由陶瓷制蜂窝结构体构成的蓄热体。虽然由于未对蜂窝结构体实施特别的加工，所以制造成本不高，但是要将其作为热交换器的话，需要进一步的构思。

发明内容

本发明的课题在于提供一种热交换部件、其制造方法、以及包含热交换部件的热交换器，该热交换部件采用蜂窝结构体，提高热交换效率。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明提供以下的热交换部件、其制造方法以及包含热交换部件的热交换器。

［1］一种热交换部件，串联配置有至少2个以上的蜂窝结构体，所述蜂窝结构体具有：隔室结构部，所述隔室结构部具有隔室，该隔室由包含SiC的隔壁区划形成，从一方的端面贯通至另一方的端面，作为第一流体所流通的流路；以及配设于所述隔室结构部的外周的外周壁，所述第一流体在所述蜂窝结构体的各隔室内，不泄露、不混合至所述隔室外地流通，串联配置的所述蜂窝结构体中的相邻的至少一组所述蜂窝结构体的所述隔室结构部彼此隔有间隙地配置，在各隔室内流通的所述第一流体在形成所述间隙的所述端面之间相互混合，并且在所述隔室流通的第一流体与在所述蜂窝结构体的所述外周壁的外侧流通的第二流体不混合的状态下，通过所述蜂窝结构体的所述外周壁使第一流体与第二流体进行热交换。

［2］根据［1］所述的热交换部件，相邻的所述蜂窝结构体的所述隔室结构部之间的所述间隙为0.1～10mm。

［3］根据［1］或者［2］所述的热交换部件，串联连接的所述蜂窝结构体中的至少一个所述蜂窝结构体，以所述蜂窝结构体的中心轴作为中心旋转，所述隔室的隔壁的方向相对于其它所述蜂窝结构体错开地配置，在形成所述间隙的所述端面之间，在各隔室内流通的所述第一流体相互混合。

［4］根据［1］～［3］中的任一项所述的热交换部件，串联连接的所述蜂窝结构体中，配置有与其它蜂窝结构体的隔室密度不同的蜂窝结构体。

［5］根据［1］～［4］中的任一项所述的热交换部件，位于最靠近所述第一流体的入口侧的所述蜂窝结构体的隔室密度，小于配置在从所述入口侧起第2个以后的所述蜂窝结构体的所述隔室密度。

［6］根据［1］～［5］中的任一项所述的热交换部件，所述第一流体的入口侧与出口侧的所述蜂窝结构体的隔壁的厚度不同。

［7］根据［1］～［3］中的任一项所述的热交换部件，串联连接的所述蜂窝结构体为相同的隔室结构，相对于某一个所述蜂窝结构体的隔室交点的位置，其它至少一个所述蜂窝结构体的隔室交点的位置错开。

［8］根据［1］～［7］中的任一项所述的热交换部件，所述蜂窝结构体具有从所述端面向轴向外侧伸出并形成为筒状的伸出外周壁，通过使所述蜂窝结构体的所述伸出外周壁彼此抵接而进行配置，从而使所述隔室结构部彼此间隔有间隙地配置。

［9］根据［1］～［7］中的任一项所述的热交换部件，由金属嵌合蜂窝结构体构成，该金属嵌合蜂窝结构体包括嵌合于所述蜂窝结构体的外周面的金属管，在所述金属管的至少一方的端部设有能够与其它所述金属管连接的连接单元，所述金属管通过连接单元彼此连接，从而所述蜂窝结构体串联地、并且所述蜂窝结构体彼此间隔有间隙地配置。

［10］根据［9］所述的热交换部件，所述连接单元的所述金属管的一方的所述端部的直径形成得比另一方的所述端部的直径大，所述连接单元通过向所述金属管的一方的所述端部插入并嵌合其它所述金属管的另一方的所述端部，从而进行连接。

［11］根据［9］所述的热交换部件，所述连接单元的所述金属管的一方的所述端部的直径形成得比另一方的所述端部的直径大，在任一方的所述端部形成有向径向突出的凸部，在与形成有所述凸部的所述端部相反的所述端部形成有向径向凹陷的凹部，所述连接单元通过所述凸部与其它所述金属管的所述凹部嵌合，从而进行连接。

［12］根据［9］所述的热交换部件，所述连接单元在各所述端部形成有向轴向凹陷的缺口部，所述连接单元通过其它所述金属管的不是所述缺口部的非缺口部与所述缺口部嵌合，从而进行连接。

［13］根据［9］～［12］中的任一项所述的热交换部件，在所述蜂窝结构体与所述金属管之间具有热阻减少层，所述热阻减少层由软金属、合金材料以及碳类材料中的任一种构成。

［14］一种热交换部件的制造方法，是上述［13］所述的热交换部件的制造方法，在夹着所述热阻减少层的状态下，通过热压配合使所述金属管嵌合于所述蜂窝结构体。

［15］一种热交换器，包括：所述［1］～［13］中的任一项所述的热交换部件；以及将所述热交换部件包含于内部的外壳，在所述隔室流通的第一流体与在所述外壳内的所述蜂窝结构体的所述外周壁的外侧流通的第二流体不混合的状态下，通过所述蜂窝结构体的所述外周壁使第一流体与第二流体进行热交换。

发明效果

如果串联配置多个蜂窝结构体，并且蜂窝结构体的隔室结构部彼此间隔有间隙地配置，则与不间隔间隙的情况相比，能够促进从在隔室内流通的第一流体向隔壁以及外周壁的热传递，提高热交换效率。

附图说明

图1A是表示用金属管将蜂窝结构体彼此连接的热交换部件的实施方式的剖视示意图。

图1B是表示在金属管内配置有蜂窝结构体的热交换部件的实施方式的剖视示意图。

图2是表示连接形成有伸出外周壁的蜂窝结构体而形成的热交换部件的实施方式的剖视示意图。

图3A是用平行于由金属嵌合蜂窝结构体构成的热交换部件的轴向的截面剖开的剖视图。

图3B是图3A的A向视图。

图4是表示将蜂窝结构体与金属管集成一体而制造成金属嵌合蜂窝结构体的工序的示意图。

图5表示蜂窝结构体彼此间隔有间隙地配置的热交换部件的实施方式的示意图。

图6A是表示在金属管上形成有凸部以及凹部的实施方式的示意图。

图6B是表示通过形成有凸部以及凹部的金属管连接而成的热交换部件的实施方式的示意图。

图7A是图6A的B向视图。

图7B是图6A的C向视图。

图8是表示凹部的其它实施方式的示意图。

图9A是表示在金属管上形成有凸部的其它实施方式的示意图。

图9B是表示通过形成有图9A所示的凸部的金属管连接而成的热交换部件的其它实施方式的示意图。

图10是在金属管上形成有缺口部的实施方式的示意图。

图11A是表示使蜂窝结构体的隔室的角度互相错开地连接而成的热交换部件的实施方式的示意图。

图11B是表示使相邻的蜂窝结构体的隔室的隔室密度相互不同地连接而成的热交换部件的实施方式。

图11C是表示第2个蜂窝结构体的隔室密度比最靠近入口侧的蜂窝结构体的隔室密度大，第3个蜂窝结构体的隔室密度更大的实施方式的示意图。

图11D是表示第2个蜂窝结构体的隔室密度最大，第3个蜂窝结构体的隔室密度其次大的实施方式的示意图。

图11E是表示第2个蜂窝结构体的隔室密度较大，第1个与第3个蜂窝结构体的隔室密度相同的实施方式的示意图。

图11F是表示串联连接的蜂窝结构体为相同的隔室结构，相对于一个蜂窝结构体的隔室交点的位置，错开其它的蜂窝结构体的隔室交点的位置的实施方式的示意图。

图11G是表示串联连接的蜂窝结构体为相同的隔室结构，相对于一个蜂窝结构体的隔室交点的位置，错开其它的蜂窝结构体的隔室交点的位置的其它实施方式的示意图。

图12A是表示蜂窝结构体与金属管之间具有石墨片材的热交换部件的实施方式的示意图。

图12B是表示蜂窝结构体与金属管之间具有石墨片材的热交换部件的其它实施方式的示意图。

图13是表示包括本发明的热交换部件的热交换器的一实施方式的示意图。

图14A是表示比较例1的示意图。

图14B是表示比较例2的示意图。

图14C是表示比较例3的示意图。

图14D是表示实施例1的示意图。

图14E是表示实施例2的示意图。

图15A是表示比较例4的示意图。

图15B是表示实施例9的示意图。

图15C是表示比较例5的示意图。

图15D是表示实施例10的示意图。

图16A是表示2个蜂窝结构体串联连接时的蜂窝结构体的轴向端面的示意图，表示第2个蜂窝结构体与第1个蜂窝结构体为相同的隔室结构，以中心轴作为中心旋转的实施方式示意图。

图16B是表示第2个蜂窝结构体的隔室密度比第1个蜂窝结构体的隔室密度大，第2个蜂窝结构体以中心轴作为中心旋转的实施方式的示意图。

图16C是表示第2个蜂窝结构体与第1个蜂窝结构体为相同的隔室结构，隔室交点的位置错开的实施方式的示意图。

图16D是表示第2个蜂窝结构体与第1个蜂窝结构体为相同的隔室结构，隔室交点的位置错开，并且旋转的实施方式的示意图。

符号说明

1蜂窝结构体，2（轴向的）端面，3隔室，3a隔室交点，4隔壁，5第一流体流通部，6第二流体流通部，7外周壁，7a伸出外周壁，7h（蜂窝结构体的）外周面，8隔室结构部，10热交换部件，11金属嵌合蜂窝结构体，12金属管，12a金属管的一方的端部，12b金属管的另一方的端部，12f大径部，12g小径部，12h（金属管的）外周面，12m凸部，12n凹部，12p缺口部，12q非缺口部，13热阻减少层，17间隙，21外壳，22（第二流体的）入口，23（第二流体的）出口，24（外壳的）内侧面，30热交换器。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本发明不限定于下面的实施方式，在不脱离发明的范围内，可以进行变更、修改、改良。

本发明的热交换部件10排成一排地配置有至少2个以上的蜂窝结构体1，所述蜂窝结构体具有：隔室结构部8，该隔室结构部8具有隔室3，该隔室3由含有SiC的隔壁4区划形成，从一方的端面2贯通至另一方的端面2，作为第一流体所流通的流路；以及配设于隔室结构部8的外周的外周壁7。第一流体在蜂窝结构体1的各隔室3内，不泄露、不混合至隔室3外地流通。即，蜂窝结构体1被形成为在一隔室3内流动的第一流体不会通过隔壁4泄漏至其它隔室3。另外，热交换部件10中，串联配置的蜂窝结构体1中的相邻的至少一组蜂窝结构体1的隔室结构部8彼此间隔有间隙17地配置，在形成间隙17的端面2之间，在隔室3内流通的第一流体相互混合。然后，在流通于隔室3的第一流体与流通于蜂窝结构体1的外周壁7的外侧的第二流体不混合的状态下，通过蜂窝结构体1的外周壁7使第一流体与第二流体进行热交换。

图1A以及图1B是表示热交换部件10的实施方式的截面示意图。图1A所示的热交换部件10用金属管12连接2个蜂窝结构体1（蜂窝结构体1的立体图，参照图4）的端部。而且，蜂窝结构1彼此间隔有间隙17。在蜂窝结构体1之间，换言之在隔室结构部8之间，间隔由间隙17地配置，从而流通于隔室3内的第一流体在间隙17混合，使流动状态乱流化。由此促进从第一流体向隔壁4以及外周壁7的热传递，提高热交换效率。如图1B所示的热交换部件10，在金属管12的内部，2个蜂窝结构体1间隔有间隙17地配置。

间隙17最好是0.1～10mm，0.5～5mm更好。通过使间隙为0.1mm以上，10mm以下，能够使从流通于隔室3内的第一流体向隔壁4以及外周壁7的热传递充分。而且，能够提高热交换效率。

在图1A以及图2B的任一个实施方式中，也可以连接3个以上的蜂窝结构体1。该情况下，最好是至少一组蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17地配置，所有蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17更好。在存在2个以上的间隙17的情况下，可以是相互不同的间隔，也可以是相同的间隔。

图2表示热交换部件10的其它实施方式。蜂窝结构体1具有从端面2向轴向外侧伸出并形成为筒状的伸出外周壁7a，通过使蜂窝结构体1彼此的伸出外周壁7a抵接地配置，从而使各蜂窝结构体1的各隔室结构部8彼此间隔有间隙17地配置。

图3A表示用平行于本发明的热交换部件10的轴向的截面剖开的剖视图。另外，图3B表示图3A的A向视图。由包括嵌合于蜂窝结构体1的外周面7h的金属管12的金属嵌合蜂窝结构体11构成热交换部件10（单体）。金属管12在至少一方的端部设有能够与其它金属管12连接的连接单元。各金属管12彼此通过连接单元连接，从而蜂窝结构体1串联地，并且蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17地配置。热交换部件10在流通于隔室3的第一流体与流通于金属管12的外侧的第二流体不混合的状态下，通过蜂窝结构体1的外周壁7以及金属管12使第一流体与第二流体进行热交换。

作为连接单元的一实施方式，如图3A以及图4所示，金属管12的一方的端部12a的直径形成为比另一方的端部12b的直径大。即，金属管12的一方的端部12a侧为大径，另一方的端部12b侧为小径，形成有大径部12f，小径部12g。金属管12的小径为正好与蜂窝结构体1嵌合的直径。金属管12的大径形成为比蜂窝结构体1的外径大。由此，如图5所示，通过在一金属管12的一方的端部12a插入并嵌合另一金属管12的另一方的端部12b，能够彼此连接金属管12。

接下来，对本发明的热交换部件10的制造方法进行说明。图4是表示将蜂窝结构体1与金属管12集成一体而制造成金属嵌合蜂窝结构体11的工序的示意图。首先，如图4所示，在蜂窝结构体1的外周面7h嵌合金属管12，做成如图3A以及图3B所示的金属嵌合蜂窝结构体11（热交换部件10）。所述蜂窝结构体1具有：隔室3，所述隔室3由包含SiC的隔壁4区划形成，从一方的端面2贯通至另一方的端面2，作为第一流体所流通的流路；以及配设于隔室3的外周的外周壁7，所述金属管12在端部设有能够与其它金属管12连接的连接单元。

然后，如图5所示，通过连接单元将金属嵌合蜂窝结构体11（热交换部件10）的金属管12彼此连接，从而串联配置蜂窝结构体1。即，大径部12f与小径部12g为连接单元，金属管12彼此通过连接单元连接，从而蜂窝结构体1串联地，并且蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17地配置。蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17地连接，从而与蜂窝结构体1彼此没有间隙17的情况相比，流通于隔室3内的第一流体在间隙17混合，使流动状态乱流化，从而促进从第一流体向隔壁4以及外周壁7的热传递，提高热交换效率。

金属嵌合蜂窝结构体11彼此的连接，即，金属管12彼此的连接可以通过金属管12的压入、热压配合、铆接等的机械紧固而进行。

另外，金属嵌合蜂窝结构体11彼此的连接可以通过金属管12的钎焊、焊接的任一化学粘合进行。

可以将金属嵌合蜂窝结构体11作为一个单元，使多个金属嵌合蜂窝结构体11连接起来作为热交换部件10使用。因此，增加了在相邻的蜂窝结构体1之间间隔间隙17、使蜂窝结构体1的隔室3的角度互相不同等的设计自由度。

作为金属管12最好是具有耐热性、耐腐蚀性的材料，例如可以采用：不锈钢，钛，铜，黄铜等。由于连接部分由金属形成，所以可以根据用途、持有设备自由地选择压入、热压配合、铆接等机械紧固，钎焊、焊接等化学粘合。

蜂窝结构体1由陶瓷形成为筒状，具有从轴向的一方的端面2贯通至另一方的端面2的流体的流路。蜂窝结构体1具有隔壁4，通过隔壁4区划形成作为流体的流路的许多隔室3。通过具有隔壁4，能够从流通于蜂窝结构体1的内部的流体高效率地收集热量，传递至外部。

蜂窝结构体1的外形不限定于圆筒状（圆柱状），垂直于轴向（长度方向）的截面也可以是椭圆形、跑道形之类的其它异形状。另外，截面也可以是四边形，或者其它多边形，外形也可以是棱柱状。

蜂窝结构体1最好采用耐热性优良的陶瓷，尤其考虑到导热性，主要成分最好为热传导性高的SiC（碳化硅）。另外，主要成分是指蜂窝结构体1的50％的质量以上为碳化硅。

但是，蜂窝结构体1不一定需要整体由SiC（碳化硅）构成，主体中包含SiC（碳化硅）即可。即，蜂窝结构体1最好由包含SiC（碳化硅）的陶瓷构成。

但是，由于即使是SiC（碳化硅）在多孔体的情况下也得不到高热传导率，所以最好在蜂窝结构体1的制造过程中用硅浸漬而做成致密体结构。通过做成致密体结构从而获得高热传导率。例如，在SiC（碳化硅）的多孔体的情况下，为20W/m·K左右，但是通过做成致密体，能够达到150W/m·K左右。另外，在本说明书中，致密体是指气孔率为20%以下。

作为蜂窝结构体1可以采用Si浸渍SiC、（Si＋Al）浸渍SiC、金属复合SiC、再结晶SiC、Si₃N₄、以及SiC等，为了做成用于获得高热交换率的致密体结构，可以采用Si浸渍SiC、（Si＋Al）浸渍SiC。由于Si浸渍SiC具有下述结构：金属硅融化体的凝固物包围SiC粒子表面，并且SiC通过金属硅粘合为一体，所以碳化硅被从含有氧气的环境隔离，防止氧化。此外，SiC具有热传导率高、容易散热的特点，浸渍有Si的SiC表现出高热传导率、耐热性，并且形成得致密，作为传热部件表现出充分的强度。即，由Si－SiC类［Si浸渍SiC、（Si＋Al）浸渍SiC］材料构成的蜂窝结构体1表现出耐热性、耐热冲击性、耐氧化性、对酸和碱的耐腐蚀性优良的特性，并且表现出高热传导率。

垂直于蜂窝结构体1的隔室3的轴向的截面的隔室形状，适当地从圆形、椭圆形、三角形、四边形、其它多边形等中选择所需要的即可。

对蜂窝结构体1的隔室密度（即，单位截面积的隔室数量）不作特别限定，根据目的适当地设计即可，较佳的范围为25～2000隔室/平方英寸（4～320隔室/cm²）。如果隔室密度比25隔室/平方英寸小，存在隔壁4的强度进而蜂窝结构体1自身的强度以及有效GSA（几何学表面积）不足的担忧。另一方面，如果隔室密度超过2000隔室/平方英寸，存在热介质流动时的压力损失变大的担忧。

另外，每个蜂窝结构体1的隔室数量最好为1～10000，200～2000更好。由于如果隔室数量过多时，蜂窝自身变大，所以从第一流体侧到第二流体侧的热传导距离变长，热传导损失变大，热通量变小。另外，隔室数量较少时，第一流体侧的热传递面积变小，不能降低第一流体侧的热阻，热通量变小。

蜂窝结构体1的隔室3的隔壁4的厚度（壁厚）也根据目的适当地设计即可，不作特别限定。壁厚最好为50μm～2mm，60～500μm更好。如果壁厚为50μm以上，则提高了机械性强度，不易由于冲击、热应力产生损坏。另一方面，如果为2mm以下，则不会产生下述不良情况：流体的压力损失变大，热介质透过的热交换率下降。

蜂窝结构体1的隔室3的隔壁4的密度最好是0.5～5g/cm³。通过设定成上述范围，能够使蜂窝结构体1坚固。另外，也能获得提高热传导率的效果。

蜂窝结构体1的热传导率优选为100W/m·K以上。120～300W/m·K更好，150～300W/m·K最好。通过设定成该范围，热传导性变好，能够高效地将蜂窝结构体1内的热量排出至金属管12的外侧。

在流通于采用了热交换部件10的热交换器30（参照图13）的第一流体（高温侧）为排气的情况下，最好在第一流体（高温侧）所通过的蜂窝结构体1的隔室3内部的壁面承载有催化剂。这是为了除了排气净化的作用外，还可对在排气净化时产生的反应热（发热反应）进行热交换。至少含有一种从由贵金属（铂、铑、钯、钌、铟、银以及金）、铝、镍、锆、钛、铈、钴、锰、锌、铜、锡、铁、铌、镁、镧、钐、铋以及钡构成的组中选出的元素即可。也可以是这些金属、氧化物以及除此之外的化合物。

作为承载于第一流体（高温侧）所通过的蜂窝结构体1的第一流体流通部5的隔室3的隔壁4的催化剂（催化剂金属+承载体）的承载量最好是10～400g/L，贵金属的话0.1～5g/L更好。通过设定成该范围，能够充分体现催化剂作用。另外，能够防止压力损失变大、以及制造成本上升的担忧。

图6A～图6B，以及图7A～图7B表示在金属管12上形成有凸部12m以及凹部12n的实施方式。图6A是表示在金属管12上成有凸部12m以及凹部12n的实施方式的示意图。另外，图6B是表示由形成有凸部12m以及凹部12n的金属管12连接而成的热交换部件10的实施方式的示意图。此外，图7A为图6A的B向视图，图7B为图6A的C向视图。

在图6A～图6B、以及图7A～图7B所示的实施方式中，作为连接单元，金属管12的一方的端部12a的直径形成得比另一方的端部12b的直径大，并且，在一方的端部12a上形成有向径向内侧突出的凸部12m。此外，在与形成有凸部12m的端部相反的端部形成有向径向凹陷的凹部12n。如图6B所示，凹部12n形成为槽部。由此，通过一金属管12的凸部12m与另一金属管12的凹部12n嵌合，金属管12彼此连接。

图8是表示凹部12n的其它实施方式的示意图。图8中，凹部12n形成为有底的槽部。

图9A是表示在金属管12上形成有凸部12m的其它实施方式的示意图。另外，图9B是表示由形成有图9A所示的凸部12m的金属管12连接而成的热交换部件10的其它实施方式的示意图。在小径部12g的另一方的端部12b上形成有向径向外侧突出的凸部12m。此外，在与形成有凸部12m的端部相反的一侧的大径部12f的端部、即一方的端部12a上形成有向径向凹陷的凹部12n。由此，通过一金属管12的凸部12m与另一金属管12的凹部12嵌合，金属管12彼此连接。

图10是表示在金属管12上形成有缺口部12p的实施方式的示意图。即，作为连接单元，在各自的端部形成有向轴向凹陷的缺口部12p。另外，缺口部12p以外的剩余的部分为非缺口部12q。通过一金属管12的缺口部12p与另一金属管12的不是缺口部的非缺口部12q嵌合，金属管12彼此连接。

如图11A所示，最好使蜂窝结构体1的隔室3的角度互相错开地连接（另外，在图11A中，金属管12被简化地画出。另外，图11B～图11G也同样。）。即，最好至少一个蜂窝结构体1被配置成，以蜂窝结构体1的中心轴作为中心旋转，隔室3的隔壁的方向相对于其它蜂窝结构体1错开。通过这样，能够获得使通过隔室3的流体的流路阻力增加的效果。另外，在形成有间隙17的端面2之间，流通于各隔室3内的第一流体相互混合。由此，能够增加与流体的热量交换。

图16A是表示2个蜂窝结构体1串联连接时的蜂窝结构体1的轴向端面2的示意图。将第一流体的入口侧的蜂窝结构体1表示为第1个蜂窝结构体，将出口侧的蜂窝结构体1表示为第2个蜂窝结构体。第2个蜂窝结构体1与第1个蜂窝结构体1是相同的隔室结构，与图11A同样地，以中心轴作为中心旋转。这里，相同的隔室结构是指，隔室的形状、齿距、隔壁厚度等相同的隔室结构（但是，在本说明书中，相同的隔室结构，还包含隔室交点3a的位置错开的隔室结构，隔室交点3a的位置错开的隔室结构称为交点错开的相同的隔室结构。）。

另外，对2个蜂窝结构体1串联连接的例子进行了说明，但是也可以将3个以上的蜂窝结构体1串联连接，第2个与第3个为上述那样的旋转关系。即，第n个（n=1，2，3……）与第n+1个可以为上述那样的旋转关系。

另外，如图11B所示，最好以相邻的蜂窝结构体1的隔室3的隔室密度相互不同的方式连接。通过这样，能够获得使通过隔室3的流体的流路阻力增加的效果。由此，能够增加与流体的热量交换。另外，也可以构成为，使第一流体的入口侧与出口侧的蜂窝结构体1的隔壁的厚度不同。另外，图11B是出口侧的蜂窝结构体1的隔室密度比入口侧的蜂窝结构体1的隔室密度大的实施方式。

图11C表示位于最靠近第一流体的入口侧的蜂窝结构体1的隔室密度小于配置在从入口侧起第2个以后（包括第2个）的蜂窝结构体1的隔室密度的实施方式。第2个蜂窝构造体1的隔室密度比第1个（最靠近入口侧的）蜂窝构造体1的隔室密度大，第3个蜂窝构造体1的隔室密度更大。第一流体的速度越快，热量越未被回收地穿过至后段的出口侧，但是通过具有隔室密度较大的蜂窝结构体1，能够充分地回收热量。即，在第一流体的速度较快的情况下，通过在后段设置隔室密度较大的蜂窝结构体1，能够提高热交换效率。

图11D表示位于最靠近第一流体的入口侧的蜂窝结构体1的隔室密度小于配置在从入口侧起第2个以后（包括第2个）的蜂窝结构体1的隔室密度的其他实施方式。在本实施方式中，第2个蜂窝结构体1的隔室密度最大，第3个蜂窝结构体1的隔室密度比第1个蜂窝结构体1的隔室密度大，但是比第2个蜂窝结构体1的隔室密度小。第一流体的速度越缓慢，越多的热量在前段的入口侧被回收，但是如果将隔室密度较大的蜂窝结构体1配置为第2个，能够一边抑制压力损失的上升，一边高效地回收第一流体的热量。即，在第一流体速度缓慢的情况下，通过增大第2个蜂窝结构体1的隔室密度，能够提高热交换效率。

图11E也是增大第2个蜂窝结构体1的隔室密度的实施方式。在本实施方式中，第1个与第3个蜂窝结构体1的隔室密度相同。在本实施方式中，在第一流体的速度较快的情况下能够提高热交换效率，并且由于第3个的隔室密度不大，所以能够抑制压力损失。

如果增大所有蜂窝结构体1的隔室密度，压力损失变大，但是配合第一流体的速度，使后段的蜂窝结构体1的隔室密度比第1个蜂窝结构体1的隔室密度大，从而能够一边抑制压力损失，一边提高热交换效率。

另外，通过图11C～图11E，对3个蜂窝结构体1串联配置的实施方式进行了说明，在配置有4个以上的蜂窝结构体1的情况下，也可以通过使第2个以后的蜂窝结构体1的隔室密度比第1个蜂窝结构体1的隔室密度大，从而提高热交换效率。

图16B是表示2个蜂窝结构体1串联连接时的蜂窝结构体1的轴向端面2的示意图。是如下的实施方式：第2个蜂窝结构体1的隔室密度比第1个蜂窝结构体1的隔室密度大，第2个蜂窝结构体1以中心轴作为中心旋转。这样，通过增大第2个蜂窝结构体1的隔室密度并使其旋转，能够提高热交换效率。

图11F是表示串联连接的蜂窝结构体1为相同的隔室结构，相对于某一个蜂窝结构体1的隔室交点3a的位置，错开其它至少一个蜂窝结构体的隔室交点3a的位置的实施方式。即，流入第1个蜂窝结构体1的隔室3的流体容易触碰第2个蜂窝结构体1的隔室交点3a，换言之，容易触碰端面2的隔壁4，能够提高热交换效率。相对于图11F中在纵横两个方向错开隔室交点3a的位置，图11G是仅在一个方向错开隔室3a的位置的实施方式。

图16C是表示2个蜂窝结构体1串联连接时的蜂窝结构体1的轴向端面2的示意图。是如下的实施方式：第2个蜂窝结构体1与第1个蜂窝结构体1是相同的隔室结构，隔室交点3a的位置错开，是交点错开的相同的隔室结构。

图16D也是表示2个蜂窝结构体1串联连接时的蜂窝结构体1的轴向端面2的示意图。是如下的实施方式：第2个蜂窝结构体1与第1个蜂窝结构体1是相同的隔室结构，隔室交点3a的位置错开，是交点错开的相同的隔室结构。进一步，交点错开的相同的隔室结构的第2个蜂窝结构体1以中心轴作为中心旋转。由于第2个蜂窝结构体1的隔室交点3a的位置相对于第1个蜂窝结构体1的隔室交点3a的位置错开，并且旋转，所以通过第1蜂窝结构体1的隔室3的第一流体容易触碰第2蜂窝结构体1的隔室交点3a的位置，能够提高热交换效率。

图12A以及图12B表示在蜂窝结构体1与嵌合于蜂窝结构体1的外周面的金属管12之间具有热阻减少层13的热交换部件10的实施方式，所述热阻减少层13用于减少界面的接触热阻，提高热交换效率。作为热阻减少层13的材质，最好是铝、铜、铅等软金属，焊料等合金材料，或者石墨片材等碳类材料。

金属管12与蜂窝结构体1在夹着热电阻减少层13的状态下能够通过热压配合嵌合。通过使金属管12与蜂窝结构体1一体化，能够防止第一流体与第二流体混合。

图13表示包括本发明的热交换部件10的热交换器30的立体图。如图13所示，热交换器30包括热交换器10和外壳21，所述外壳21将热交换部件10包括于内部。蜂窝结构体1的隔室3构成第一流体所流通的第一流体流通部5。热交换器30构成为比第二流体高温的第一流体在蜂窝结构体1的隔室3内流通。另外，在外壳21上形成有第二流体的入口22以及出口23，第二流体在热交换部件10的金属管12的外周面12h上流通。

即，由外壳21的内侧面24与金属管12的外周面12h形成第二流体流通部6。第二流体流通部6是由外壳21与金属管12的外周面12h形成的第二流体的流通部，由蜂窝结构体1的隔壁4、外周壁7、金属管12与第一流体流通部5隔开并且能够进行热传导，在第一流体流通部5流通的第一流体的热量通过隔壁4、外周壁7、金属管12被接收，并将热量向作为流通的第二流体的被加热体传递。第一流体与第二流体完全地分离，构成使这些流体不会混合。

热交换器30最好使比第二流体高温的第一流体流通，从第一流体向第二流体进行热传导。如果作为第一流体使气体流通，作为第二流体使液体流通，则能够高效地进行第一流体与第二流体的热交换。即，本发明的热交换器30能够适用于气体/液体热交换器。

作为加热体，即流通于上述结构的本发明的热交换器30的第一流体，只要是具有热量的介质即可，对气体、液体等不做特别限定。例如，气体的话可以列举汽车的排气等。另外，作为从加热体获得热量（进行热交换）的第二流体的被加热体，比加热体温度低即可，作为介质，对气体、液体等不作特别限定。

接下来，对本发明的热交换部件10的制造方法进行说明。首先，将包含陶瓷粉末的坯土挤出成所需的形状，制造蜂窝成型体。作为蜂窝结构体1的材料，可以采用上述陶瓷，但是例如在制造以Si浸渍SiC合成材料为主要成分的蜂窝结构体1的情况下，将规定量的C粉末、SiC粉末、粘胶剂、水或者有机溶剂混合而做成坯土，进行成型，从而得到所需形状的蜂窝成型体。

然后，通过干燥并烧制蜂窝成型体，能够得到蜂窝结构体1，所述蜂窝结构体1由隔壁4区划形成有多个作为气体的流路的隔室3。接下来，使金属管12升温，将蜂窝结构体1插入金属管12并通过热压配合一体化，能够形成热交换部件10。另外，蜂窝结构体1与金属管12的接合，除了热压配合之外也可以采用钎焊、扩散接合等。通过将交换部件10配置于外壳21内，能够做成热交换器30。

实施例：

下面，根据实施例进一步对本发明进行详细地说明，但是本发明不限定于这些实施例。

1.热交换器的制作

（坯土的制作）

首先，将4重量份的粘胶剂、水混合在100重量份的平均粒径35μm的SiC粉末中，通过使用混合机混合，得到混合物。将该混合物投入真空和泥机，制作出圆柱状的坯土。

（挤出成型）

接下来，将坯土挤出成型而形成蜂窝成型体。在挤出成型中，通过选择适当方式的金属卡口、夹具，从而使外周壁7的形状和厚度、隔壁4的厚度、隔室3的形状、隔室密度等符合要求。金属卡口采用由不易磨损的超硬合金制作的金属卡口。蜂窝成型体形成为外周壁7为圆筒形状，外周壁7的内部通过隔壁4区分为四边形的格子状的结构。另外，这些隔壁4形成为在相互直交的方向分别等间隔地排列，并且笔直地横穿外周壁7的内部。由此，使位于外周壁7的内部的最外周部之外的隔室3的截面形状为正方形。

（干燥）

接下来，对通过挤出成型获得的蜂窝成型体进行干燥。首先，用电磁波加热方式干燥蜂窝成型体，接下来，用外部加热方式进行干燥。通过这样的二阶段的干燥，从蜂窝成型体除去了相当于干燥前的蜂窝成型体所包含的全部水分量的97%以上。

（脱脂，Si金属的浸渍以及烧制）

接下来，在氮气环境下对蜂窝成型体以500℃进行5小时的脱脂。然后，将金属Si块放在通过这样脱脂获得的蜂窝结构体1上，在真空中或者减压的惰性气体中，以1450℃进行4小时的烧制。在该烧制中，使放在蜂窝结构体1上的金属Si块熔解，使金属Si浸渍于外周壁7、隔壁4。使外周壁7、隔壁4的热传导率为100W/m·K的情况下，相对于100重量份的蜂窝结构体使用70重量份的金属Si块。另外，使外周壁7、隔壁4的热传导率为150W/m·K的情况下，相对于100重量份的蜂窝结构体使用80重量份的金属Si块。经过这样的烧制，获得蜂窝结构体1。

（金属管）

将不锈钢的金属管嵌合于蜂窝结构体1的外周面7h而制造出热交换部件10（参照图1B）。关于热交换部件10的更详细的形态，下面，在对各实施例以及各比较例进行个别说明时陈述。

（外壳）

在不锈钢的外壳21内配置热交换部件10（参照图13）。

（实施例1～8，比较例1～3）

图14A是表示比较例1的示意图，图14B是表示比较例2的示意图，图14C是表示比较例3的示意图，图14D是表示实施例1、3～8的示意图，图14E是表示实施例2的示意图（这些图简略化地画出，表示蜂窝结构体1的配置）。比较例1由1个蜂窝结构体1构成热交换部件10。比较例2由2个蜂窝结构体1，比较例3由5个蜂窝结构体1构成热交换部件10，但是蜂窝结构体1彼此没有间隙17地贴紧配置。实施例1、2中由5个蜂窝结构体1构成热交换部件10，蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17地配置（参照表1的“蜂窝结构体彼此的间隙”）。实施例1中隔室的方向统一，但实施例2中错开隔室的方向地配置。实施例3～8与实施例1相同的，隔室的方向统一，蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17地配置，但是间隙17的间隔不同。

2.实验

（热交换效率实验）

测量使第一流体在热传导部件的蜂窝结构体1的隔室3中通过时向第二流体传热的传热效率。作为第一流体，采用氮气（N₂），在蜂窝结构体1的第一流体流通部5以350℃，15g/s的流量流动。另外，作为第二流体采用水，在外壳21内的第二流体流通部6以40℃，10L/min的流量流动。

（实验结果）

在表1中表示热交换效率。热交换效率（%）为，由第一流体（氮气）以及第二流体（水）的ΔT℃（蜂窝结构体1的出口温度－入口温度）分别算出能量，用公式1计算。

（公式1）热交换效率（%）=（第一流体（气体）的入口温度-第一流体（气体）出口温度）/（第一流体（气体）的入口温度-第二流体（冷却水）的入口温度）

（压力损失的测定）

在上述热交换实验中，在位于热交换部件10前后的氮气的流路内，分别配置有压力计。从由这些压力计的测量值得到的压力差测量在热交换部件10内（隔室3内）流动的氮气的压力损失。

在邻接的蜂窝结构体1之间具有间隙17的实施例1～8的全长与比较例1～3的全长相同，尽管第一流体的接触面积变小，但相对于比较例1～3，提高了热交换效率。另外，实施例8与比较例3比较的话，热交换效率较小，但是由于蜂窝结构体1的长度短，所以可以说提高了热交换效率。其中，通过间隙17提高热交换率的效果，由于间隙17为11mm（实施例8），可以说减少了。因此，间隙17最好是0.1～10mm。另外，隔室方向错开地配置的实施例2与隔室方向统一的实施例1相比热交换率提高。另外，实施例1～8的全长与比较例1～3的全长相同，关于压力损失，实施例1～8也比比较例1～3小。

（实施例9、10，比较例4、5）

图15A是表示比较例4的示意图，图15B是表示实施例9的示意图，图15C是表示比较例5的示意图，图15D是表示实施例10的示意图。比较例4、5由1个蜂窝结构体1构成热交换部件10。实施例9、10由隔室密度不同的3个蜂窝结构体1构成热交换部件10。图的左侧为上游（入口侧），右侧为下游（出口侧）。

相对于比较例4，实施例9中，由于邻接的蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17地配置，并且减小了上游侧的隔室密度，所以提高了热交换效率，减小了压力损失。另外，相对于比较例5，实施例10中，由于邻接的蜂窝结构体1彼此间隔有间隙17地配置，并且减小了上游侧的隔室密度，所以尽管第一流体的接触面积变小，但提高了热交换效率，减小了压力损失。

产业上的利用可能性

本发明的热交换部件用于使加热体（高温侧）与被加热体（低温侧）进行热交换即可，可以是汽车领域，也可以是工业领域，不作特别限定。尤其，适宜于加热体或者被加热体的至少一方为液体的情况。当在汽车领域用于从排气回收排气热量的情况下，可以起到改善汽车燃料消耗率的作用。

Claims

1.一种热交换部件，其特征在于，串联配置有至少2个以上的蜂窝结构体，所述蜂窝结构体具有：隔室结构部，所述隔室结构部具有隔室，该隔室由包含SiC的隔壁区划形成，从一方的端面贯通至另一方的端面，作为第一流体所流通的流路；以及配设于所述隔室结构部的外周的外周壁，

所述第一流体在所述蜂窝结构体的各隔室内，不泄露、不混合至所述隔室外地流通，

串联配置的所述蜂窝结构体中的相邻的至少一组所述蜂窝结构体的所述隔室结构部彼此隔有间隙地配置，在各隔室内流通的所述第一流体在形成所述间隙的所述端面之间相互混合，并且

在所述隔室流通的第一流体与在所述蜂窝结构体的所述外周壁的外侧流通的第二流体不混合的状态下，通过所述蜂窝结构体的所述外周壁使第一流体与第二流体进行热交换。

2.根据权利要求1所述的热交换部件，其特征在于，相邻的所述蜂窝结构体的所述隔室结构部之间的所述间隙为0.1～10mm。

3.根据权利要求1或者2所述的热交换部件，其特征在于，串联连接的所述蜂窝结构体中的至少一个所述蜂窝结构体，以所述蜂窝结构体的中心轴作为中心旋转，所述隔室的隔壁的方向相对于其它所述蜂窝结构体错开地配置，在形成所述间隙的所述端面之间，在各隔室内流通的所述第一流体相互混合。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换部件，其特征在于，串联连接的所述蜂窝结构体中，配置有与其它蜂窝结构体的隔室密度不同的蜂窝结构体。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的热交换部件，其特征在于，位于最靠近所述第一流体的入口侧的所述蜂窝结构体的隔室密度，小于配置在从所述入口侧起第2个以后的所述蜂窝结构体的所述隔室密度。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的热交换部件，其特征在于，所述第一流体的入口侧与出口侧的所述蜂窝结构体的隔壁的厚度不同。

7.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换部件，其特征在于，串联连接的所述蜂窝结构体为相同的隔室结构，相对于某一个所述蜂窝结构体的隔室交点的位置，其它至少一个所述蜂窝结构体的隔室交点的位置错开。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的热交换部件，其特征在于，所述蜂窝结构体具有从所述端面向轴向外侧伸出并形成为筒状的伸出外周壁，通过使所述蜂窝结构体的所述伸出外周壁彼此抵接而进行配置，从而使所述隔室结构部彼此间隔有间隙地配置。

9.根据权利要求1～7中的任一项所述的热交换部件，其特征在于，由金属嵌合蜂窝结构体构成，该金属嵌合蜂窝结构体包括嵌合于所述蜂窝结构体的外周面的金属管，

在所述金属管的至少一方的端部设有能够与其它所述金属管连接的连接单元，

所述金属管通过连接单元彼此连接，从而所述蜂窝结构体串联地、并且所述蜂窝结构体彼此间隔有间隙地配置。

10.根据权利要求9所述的热交换部件，其特征在于，所述连接单元的所述金属管的一方的所述端部的直径形成得比另一方的所述端部的直径大，所述连接单元通过向所述金属管的一方的所述端部插入并嵌合其它所述金属管的另一方的所述端部，从而进行连接。

11.根据权利要求9所述的热交换部件，其特征在于，所述连接单元的所述金属管的一方的所述端部的直径形成得比另一方的所述端部的直径大，

在任一方的所述端部形成有向径向突出的凸部，

在与形成有所述凸部的所述端部相反的所述端部形成有向径向凹陷的凹部，

所述连接单元通过所述凸部与其它所述金属管的所述凹部嵌合，从而进行连接。

12.根据权利要求9所述的热交换部件，其特征在于，所述连接单元在各所述端部形成有向轴向凹陷的缺口部，

所述连接单元通过其它所述金属管的不是所述缺口部的非缺口部与所述缺口部嵌合，从而进行连接。

13.根据权利要求9～12中的任一项所述的热交换部件，其特征在于，在所述蜂窝结构体与所述金属管之间具有热阻减少层，所述热阻减少层由软金属、合金材料以及碳类材料中的任一种构成。

14.一种热交换部件的制造方法，是权利要求13所述的热交换部件的制造方法，其特征在于，

在夹着所述热阻减少层的状态下，通过热压配合使所述金属管嵌合于所述蜂窝结构体。

15.一种热交换器，其特征在于，包括：权利要求1～13中的任一项所述的热交换部件；

以及将所述热交换部件包含于内部的外壳，

在所述隔室流通的第一流体与在所述外壳内的所述蜂窝结构体的所述外周壁的外侧流通的第二流体不混合的状态下，通过所述蜂窝结构体的所述外周壁使第一流体与第二流体进行热交换。