CN110006274A - 热交换部件及热交换器 - Google Patents

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CN110006274A CN201811414346.0A CN201811414346A CN110006274A CN 110006274 A CN110006274 A CN 110006274A CN 201811414346 A CN201811414346 A CN 201811414346A CN 110006274 A CN110006274 A CN 110006274A
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Abstract

本发明提供一种热交换部件以及热交换器，其能够使热回收效率提高且抑制压力损失增大。热交换部件(1)具备：柱状蜂窝结构体(7)和将柱状蜂窝结构体(7)的外周壁(6)被覆的被覆部件(8)，该柱状蜂窝结构体(7)具有将从第一端面(2)贯穿至第二端面(3)而形成第一流体的流路的隔室(4)区划成型的隔壁(5)以及外周壁(6)。该热交换部件(1)在与第一流体的流路方向垂直的柱状蜂窝结构体(7)的截面内，隔壁(5)具有从所述截面的中心部、沿放射方向延伸的第一隔壁(5a)和沿周向延伸的第二隔壁(5b)，且中心部侧的第一隔壁(5a)的数量比外周壁(6)侧的第一隔壁(5a)的数量少。

Description

热交换部件及热交换器
技术领域
本发明涉及热交换部件以及热交换器。详细而言，本发明涉及将第一流体(高温侧)的热向第二流体(低温侧)传递的热交换部件、以及具有该热交换部件的热交换器。
背景技术
近年来，要求改善汽车的油耗。特别是，为了防止发动机起动时等发动机冷却时的油耗恶化，期待将冷却水、发动机油、ATF(自动变速箱油；Automatic transmission fluid)等提前加温而减少摩擦(Friction)损失的系统。另外，期待对催化剂进行加热、以使尾气净化用催化剂尽快活化的系统。
在像这样的系统中，例如研究使用热交换器。热交换器为包括热交换部件的装置，该热交换部件通过使第一流体在内部流通且使第二流体在外部流通来进行第一流体与第二流体之间的热交换。像这样的热交换器中，例如通过从高温的第一流体(例如、尾气)向低温的第二流体(例如、冷却水)进行热交换，能够将热有效利用。
作为从像汽车尾气这样的高温气体中回收热的热交换器，已知具有由耐热金属制作的热交换部件的热交换器，但是，耐热金属价格高，并且，存在加工困难、密度高且重、热传导低等问题。因此，近年来，开发出一种热交换器，其将具有柱状蜂窝结构体的热交换部件收纳在壳体内，使第一流体在蜂窝结构体的隔室内流通，使第二流体于壳体内在热交换部件的外周面上流通。
作为热交换部件用的蜂窝结构体，提出了一种柱状蜂窝结构体，其在与第一流体的流路方向(隔室延伸的方向)垂直的截面内，具备：从中心部朝向外周部、沿放射方向延伸的第一隔壁和沿周向延伸的第二隔壁(专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6075381号公报
发明内容
但是，专利文献1中记载的柱状蜂窝结构体越是靠近中心部侧，邻接的第一隔壁之间越窄，因此，不易形成隔室。特别是，为了提高柱状蜂窝结构体在放射方向上的热传导性(即、热回收效率)，沿放射方向延伸的第一隔壁的数量越多越理想，但是，越是增大第一隔壁的数量，在中心部侧越不易形成隔室。并且，在中心部侧没有形成隔室或者在中心部侧所形成的隔室的截面积过小的情况下，存在热交换部件的压力损失增大的问题。
本发明是为了解决如上所述的问题而实施的，其目的在于，提供一种能够使热回收效率得到提高、且抑制压力损失增大的热交换部件以及热交换器。
本发明的发明人为了解决上述的问题而进行了潜心研究，结果发现，通过使中心部侧的第一隔壁的数量比外周壁侧的第一隔壁的数量少，在蜂窝结构体的中心部侧也容易形成隔室，能够提高热回收效率，同时抑制压力损失增大，以至完成本发明。
即，本发明是一种热交换部件，具备：柱状蜂窝结构体，所述柱状蜂窝结构体具有将从第一端面贯穿至第二端面而形成第一流体的流路的隔室区划成型的隔壁以及外周壁，和将所述柱状蜂窝结构体的所述外周壁被覆的被覆部件，其中，在与所述第一流体的流路方向垂直的所述柱状蜂窝结构体的截面内，所述隔壁具有从所述截面的中心部、沿放射方向延伸的第一隔壁和沿周向延伸的第二隔壁，且所述中心部侧的所述第一隔壁的数量比所述外周壁侧的所述第一隔壁的数量少。
另外，本发明是一种热交换器，其中，具有所述热交换部件。
根据本发明，能够提供一种可以使热回收效率得到提高、且抑制压力损失增大的热交换部件以及热交换器。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的热交换部件中的、与柱状蜂窝结构体的第一流体的流路方向平行的方向上的截面图。
图2是本发明的第一实施方式所涉及的热交换部件中的、与柱状蜂窝结构体的第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图(图1中的a-a’线的截面图)。
图3是本发明的第二实施方式所涉及的热交换部件中的、与柱状蜂窝结构体的第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图。
图4是本发明的第一或第二实施方式所涉及的热交换部件的具体例(主视图)。
图5是本发明的第一或第二实施方式所涉及的热交换部件的具体例(主视图)。
图6是本发明的第一或第二实施方式所涉及的热交换部件的具体例(主视图)。
图7是本发明的第一或第二实施方式所涉及的热交换部件的具体例(主视图)。
图8是本发明的第一或第二实施方式所涉及的热交换部件的具体例(主视图)。
图9是本发明的第一或第二实施方式所涉及的热交换部件的具体例(主视图)。
图10是本发明的第一或第二实施方式所涉及的热交换部件的具体例(主视图)。
图11是图4～10中的热交换部件的左视图。
图12是图4～10中的热交换部件的俯视图。
图13是本发明的实施方式所涉及的热交换器中的、与柱状蜂窝结构体的第一流体的流路方向平行的方向上的截面图。
图14是本发明的实施方式所涉及的热交换器中的、与柱状蜂窝结构体的第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图(图13中的b-b’线的截面图)。
图15是实施例1的柱状蜂窝结构体中的、与第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图。
图16是比较例2的柱状蜂窝结构体中的、与第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图。
符号说明
1、10-热交换部件；2-第一端面；3-第二端面；4-隔室；5-隔壁；5a-第一隔壁；5b-第二隔壁；6-外周壁；7、30、40-柱状蜂窝结构体；8-被覆部件；20-热交换器；21-第二流体的入口；22-第二流体的出口；23-壳体；24-第二流体的流路。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式具体地进行说明。本发明并不限定于以下的实施方式，应当理解为：在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常知识，对以下的实施方式适当加以变更、改良等得到的方案也落在本发明的范围内。
＜热交换部件＞
实施方式1.
图1中，对本发明的第一实施方式所涉及的热交换部件示出与柱状蜂窝结构体的第一流体的流路方向(隔室延伸的方向)平行的方向上的截面图。另外，图2是图1中的a-a’线的截面图，其对本发明的第一实施方式所涉及的热交换部件示出与柱状蜂窝结构体的第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图。
热交换部件1具备柱状蜂窝结构体7和将柱状蜂窝结构体7的外周壁6被覆的被覆部件8，该柱状蜂窝结构体7具有将从第一端面2贯穿至第二端面3而形成第一流体的流路的隔室4区划成型的隔壁5以及外周壁6。热交换部件1中，在柱状蜂窝结构体7的隔室4内流通第一流体、并在被覆部件8的外侧流通第二流体时，通过柱状蜂窝结构体7的外周壁6以及被覆部件8来进行第一流体与第二流体之间的热交换。应予说明，图1中，第一流体可以向纸面的左右任一方向流动。作为第一流体，没有特别限定，可以使用各种液体或气体。例如，在热交换部件1用于搭载于汽车的热交换器的情况下，第一流体优选为尾气。
对于柱状蜂窝结构体7的形状，只要第一流体能够在隔室4内从第一端面2流通至第二端面3即可，没有特别限定。作为柱状蜂窝结构体7的形状的例子，可以举出：圆柱、椭圆柱、四棱柱或其它多棱柱等。因此，在与第一流体的流路方向垂直的截面内，柱状蜂窝结构体7的外形可以为圆形、椭圆形、四边形或其它多边形等。第一实施方式中，柱状蜂窝结构体7为圆柱状，其截面形状为圆形。
构成柱状蜂窝结构体7的隔壁5在与第一流体的流路方向垂直的柱状蜂窝结构体7的截面(即、图2所示的截面)内具有从该截面的中心部、沿放射方向延伸的第一隔壁5a和沿周向延伸的第二隔壁5b。通过采用像这样的构成，能够将第一流体的热经由第一隔壁5a而沿放射方向传递，因此，能够向柱状蜂窝结构体7的外部效率良好地传递。
在图2所示的截面内，柱状蜂窝结构体7的中心部侧的第一隔壁5a的数量比柱状蜂窝结构体7的外周壁6侧的第一隔壁5a的数量少。通过采用像这样的构成，呈放射状设置的隔室4的数量越是靠近中心部侧越少，在柱状蜂窝结构体7的中心部侧也能够容易地形成隔室4。因此，能够抑制因在柱状蜂窝结构体7的中心部侧不易形成隔室4而导致的热交换部件1的压力损失增大。
此处，柱状蜂窝结构体7的中心部侧的第一隔壁5a的数量是指：在图2所示的截面内、最靠近柱状蜂窝结构体7的中心部的(即、最远离外周壁6的)、具有沿周向排列的多个隔室4的区域(以下、称为“周向区域”)中的形成多个隔室4的第一隔壁5a的总数。另外，柱状蜂窝结构体7的外周壁6侧的第一隔壁5a的数量是指：在图2所示的截面内、最远离柱状蜂窝结构体7的中心部的(即、最靠近外周壁6的)周向区域中的形成多个隔室4的第一隔壁5a的总数。
在图2所示的截面内，柱状蜂窝结构体7的中心部侧的第一隔壁5a的数量优选随着从外周壁6侧朝向中心部侧而减少。邻接的第一隔壁5a之间越是靠近中心部侧越窄，因此，不易形成隔室4，但是，通过采用像这样的构成，能够确保邻接的第一隔壁5a之间的间隔，因此，能够容易地形成隔室4。因此，能够抑制热交换部件1的压力损失增大。
应予说明，作为第一隔壁5a的数量减少频率，没有特别限定，可以连续，也可以不连续。
在图2所示的截面内，区划形成1个隔室4的第一隔壁5a优选比区划形成1个隔室4的第二隔壁5b长。第一隔壁5a有助于放射方向上的热传导率，因此，通过采用像这样的构成，能够将在柱状蜂窝结构体7的中心部侧的隔室4内流通的第一流体的热向柱状蜂窝结构体7的外部效率良好地传递。
第一隔壁5a的厚度优选比第二隔壁5b的厚度大。隔壁5的厚度与热传导率相关，因此，通过采用像这样的构成，能够使第一隔壁5a的热传导率比第二隔壁5b的热传导率大。结果能够将在柱状蜂窝结构体7的中心部侧的隔室4内流通的第一流体的热向柱状蜂窝结构体7的外部效率良好地传递。
应予说明，隔壁5(第一隔壁5a以及第二隔壁5b)的厚度没有特别限定，可以根据用途等适宜调整。隔壁5的厚度优选为0.1～1mm，更优选为0.2～0.6mm。通过使隔壁5的厚度为0.1mm以上，能够使柱状蜂窝结构体7的机械强度变得充分。另外，通过使隔壁5的厚度为1mm以下，能够防止因开口面积降低而导致压力损失增大或者因与第一流体的接触面积降低而导致热回收效率降低。
隔壁5的密度优选为0.5～5g/cm3。通过使隔壁5的密度为0.5g/cm3以上，能够使隔壁5得到充分的强度。另外，通过使隔壁5的密度为5g/cm3以下，能够使柱状蜂窝结构体7轻量化。通过采用上述范围的密度，能够使柱状蜂窝结构体7变得坚固，还得到使热传导率提高的效果。应予说明，隔壁5的密度是利用阿基米德法测定得到的值。
热交换部件1中，柱状蜂窝结构体7的外周壁6受到来自外部的冲击、以及由第一流体与第二流体之间的温度差所引起的热应力等。因此，从确保针对这些外力的耐受性的观点考虑，优选使外周壁6的厚度比隔壁5(第一隔壁5a以及第二隔壁5b)的厚度大。通过采用像这样的构成，能够抑制因外力而导致外周壁6破坏(例如开裂、破碎等)。
应予说明，外周壁6的厚度没有特别限定，根据用途等适宜调整即可。例如，在将热交换部件1用于通常的热交换用途的情况下，外周壁6的厚度优选超过0.3mm且为10mm以下，更优选为0.5mm～5mm，进一步优选为1mm～3mm。另外，在将热交换部件1用于蓄热用途的情况下，也优选使外周壁6的厚度为10mm以上，从而使外周壁6的热容量增大。
柱状蜂窝结构体7的隔壁5以及外周壁6以陶瓷为主成分。“以陶瓷为主成分”是指：陶瓷在隔壁5以及外周壁6的总质量中所占的质量比率为50质量％以上。
隔壁5以及外周壁6的气孔率优选为10％以下，更优选为5％以下，特别优选为3％以下。另外，隔壁5以及外周壁6的气孔率还可以为0％。通过使隔壁5以及外周壁6的气孔率为10％以下，能够使热传导率得到提高。
隔壁5以及外周壁6优选包含热传导性高的SiC(碳化硅)作为主成分。“包含SiC(碳化硅)作为主成分”是指：SiC(碳化硅)在隔壁5以及外周壁6的总质量中所占的质量比率为50质量％以上。
更具体而言，作为柱状蜂窝结构体7的材料，可以采用含浸Si的SiC、含浸(Si+Al)的SiC、金属复合SiC、重结晶SiC、Si3N4、以及SiC等。其中，从能够便宜地制造、且高热传导方面考虑，优选采用含浸Si的SiC、含浸(Si+Al)的SiC。
图2的截面内的隔室密度(即、每单位面积的隔室4的数量)没有特别限定，根据用途等适宜调整即可，优选为4～320隔室/cm2的范围。通过使隔室密度为4隔室/cm2以上，能够充分确保隔壁5的强度、柱状蜂窝结构体7自身的强度以及有效GSA(几何学表面积)。另外，通过使隔室密度为320隔室/cm2以下，能够防止第一流体流动时的压力损失增大。
柱状蜂窝结构体7的等静压强度优选超过5MPa，更优选为10MPa以上，进一步优选为100MPa以上。如果柱状蜂窝结构体7的等静压强度超过5MPa，则能够构成耐久性优异的柱状蜂窝结构体7。可以依据社团法人汽车技术会发行的汽车标准、亦即JASO标准M505-87中规定的等静压破坏强度的测定方法来测定柱状蜂窝结构体7的等静压强度。
图2的截面内的柱状蜂窝结构体7的直径优选为20～200mm，更优选为30～100mm。通过采用像这样的直径，能够使热回收效率得到提高。在图2的截面内的柱状蜂窝结构体7的形状不是圆形的情况下，将与柱状蜂窝结构体7的截面形状内切的最大内切圆的直径作为图2的截面内的柱状蜂窝结构体7的直径。
柱状蜂窝结构体7的长度(第一流体的流路方向上的长度)没有特别限定，根据用途等适宜调整即可。例如，柱状蜂窝结构体7的长度优选为3mm～200mm，更优选为5mm～100mm，进一步优选为10mm～50mm。
柱状蜂窝结构体7的热传导率在25℃下优选为50W/(m·K)以上，更优选为100～300W/(m·K)，特别优选为120～300W/(m·K)。通过使柱状蜂窝结构体7的热传导率在像这样的范围内，热传导性变得良好，能够使柱状蜂窝结构体7内的热向外部效率良好地传递。应予说明，热传导率的值是利用激光闪光法(JIS R1611-1997)测定得到的值。
在使尾气作为第一流体在柱状蜂窝结构体7的隔室4内流动的情况下，优选使催化剂担载于柱状蜂窝结构体7的隔壁5。如果使催化剂担载于隔壁5，则能够使尾气中的CO、NOx、HC等通过催化反应而成为无害的物质，并且，还能够将催化反应时产生的反应热用于热交换。作为催化剂，优选含有从由贵金属(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择的元素中的至少一种的催化剂。还可以以金属单质、金属氧化物、或除此以外的金属化合物的形式含有上述元素。
作为催化剂(催化剂金属+担载体)的担载量，优选为10～400g/L。另外，如果为包含贵金属的催化剂，则担载量优选为0.1～5g/L。如果使催化剂(催化剂金属+担载体)的担载量为10g/L以上，则容易显现出催化作用。另一方面，通过使催化剂的担载量为400g/L以下，则能够抑制压力损失增大、以及制造成本上升。担载体是担载催化剂金属的载体。作为担载体，优选为含有从由氧化铝、氧化铈、以及氧化锆构成的组中选择的至少一种的担载体。
被覆部件8能够将柱状蜂窝结构体7的外周壁6被覆即可，没有特别限定。例如，可以使用与柱状蜂窝结构体7的外周壁6嵌合而将柱状蜂窝结构体7的外周壁6围绕被覆的管状部件。
此处，本说明书中，“嵌合”是指：柱状蜂窝结构体7和被覆部件8以相互嵌合的状态被固定。因此，在柱状蜂窝结构体7与被覆部件8的嵌合中，除了利用间隙配合、过盈配合、以及热压配合等配合的固定方法以外，还包含利用钎焊、焊接、以及扩散接合等而将柱状蜂窝结构体7和被覆部件8相互固定的情形等。
被覆部件8可以具有与柱状蜂窝结构体7的外周壁6相对应的内表面形状。通过被覆部件8的内表面与柱状蜂窝结构体7的外周壁6直接接触，热传导性变得良好，能够将柱状蜂窝结构体7内的热向被覆部件8效率良好地传递。
从提高热回收效率的观点考虑，优选由被覆部件8围绕被覆的柱状蜂窝结构体7的外周壁6的部分的面积相对于柱状蜂窝结构体7的外周壁6的总面积的比例较高。具体而言，该面积比例优选为80％以上，更优选为90％以上，进一步优选为100％(即、柱状蜂窝结构体7的外周壁6全部由被覆部件8围绕被覆。)。
应予说明，此处所称的“外周壁6”是指与柱状蜂窝结构体7的第一流体的流路方向平行的面，不包含与柱状蜂窝结构体7的第一流体的流路方向垂直的面(第一端面2以及第二端面3)。
从制造性的观点考虑，被覆部件8优选由金属制成。另外，如果被覆部件8由金属制成，则能够容易地进行与后述的金属制的壳体23的焊接，就这一点而言，也优异。作为被覆部件8的材料，例如可以使用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、以及黄铜等。其中，从耐久可靠性高、便宜的理由考虑，优选不锈钢。
从耐久可靠性的理由考虑，被覆部件8的厚度优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。从减少热阻而提高热传导性的理由考虑，被覆部件8的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。
被覆部件8的长度(第一流体的流路方向上的长度)没有特别限定，根据柱状蜂窝结构体7的尺寸等适宜调整即可。例如，被覆部件8的长度优选比柱状蜂窝结构体7的长度大。具体而言，被覆部件8的长度优选为5mm～250mm，更优选为10mm～150mm，进一步优选为20mm～100mm。
应予说明，在被覆部件8的长度比柱状蜂窝结构体7的长度大的情况下，优选设置成柱状蜂窝结构体7位于被覆部件8的中央部。
实施方式2.
图3对本发明的第二实施方式所涉及的热交换部件10示出与柱状蜂窝结构体7的第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图。应予说明，具有与第一实施方式所涉及的热交换部件1的说明中出现的符号相同的符号的构成要素与第一实施方式所涉及的热交换部件1相同，因此，省略其说明。
热交换部件10中，在与第一流体的流路方向垂直的柱状蜂窝结构体7的截面(即、图3的截面)内，在中心部具有仅由第二隔壁5b区划形成的隔室4。通过采用像这样的构成，即便在第一隔壁5a的数量较多的情况下，也能够在中心部形成隔室4，因此，能够稳定地抑制热交换部件1的压力损失增大。
此处，将本发明的第一或第二实施方式所涉及的热交换部件1、10的具体例示于图4～12。图4～10是热交换部件1、10的主视图，图11是与该热交换部件1、10相对应的左视图，图12是与该热交换部件1、10相对应的俯视图。应予说明，后视图与主视图相同，右视图与左视图相同，仰视图与俯视图相同，因此省略图示。
＜热交换器＞
本发明的热交换器具有上述的热交换部件1、10。热交换部件1、10以外的部件没有特别限定，可以使用公知的部件。例如，本发明的热交换器可以具有能够在与热交换部件1、10的被覆部件8之间形成第二流体的流路的壳体。
图13对本发明的实施方式所涉及的热交换器示出与柱状蜂窝结构体7的第一流体的流路方向平行的方向上的截面图。另外，图14是图13中的b-b’线的截面图，其对本发明的实施方式所涉及的热交换器示出与柱状蜂窝结构体7的第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图。
热交换器20具有热交换部件1和壳体23，壳体23具有第二流体的入口21以及第二流体的出口22，且按在与热交换部件1的被覆部件8之间形成有第二流体的流路24的方式将热交换部件1的被覆部件8围绕被覆。壳体23优选将热交换部件1整体围绕被覆。
热交换器20中，壳体23的内表面与热交换部件1的被覆部件8的外周面嵌合。此时，优选具有第一流体的流路方向上的两端部处的被覆部件8的外周面与壳体23的内表面呈围绕状地密接的结构，以使第二流体不会泄漏到外部。作为使被覆部件8的外周面和壳体23的内表面密接的方法，没有特别限定，可以举出焊接、扩散接合、钎焊、以及机械紧固等。其中，从耐久可靠性高、还能够实现结构强度的改善的理由考虑，优选焊接。
从热传导性以及制造性的观点考虑，壳体23优选由金属制成。作为金属，例如可以使用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、以及黄铜等。其中，从便宜且耐久可靠性高的理由考虑，优选不锈钢。
从耐久可靠性的理由考虑，壳体23的厚度优选为0.1mm以上，更优选为0.5mm以上，进一步优选为1mm以上。从成本、体积、以及重量等观点考虑，壳体23的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。
壳体23可以为一体成型品，不过，优选为由2个以上部件形成的接合部件。在壳体23为由2个以上部件形成的接合部件的情况下，能够提高壳体23的设计自由度。
热交换器20中，第二流体从第二流体的入口21流入壳体23内。接下来，第二流体在第二流体的流路24内通过期间，通过热交换部件1的被覆部件8而与在柱状蜂窝结构体7的隔室4内流动的第一流体进行热交换后，从第二流体的出口22流出。应予说明，热交换部件1的被覆部件8的外周面可以由用于调整传热效率的部件被覆。
作为第二流体，没有特别限制，在热交换器20搭载于汽车的情况下，第二流体优选为水或防冻液(JIS K2234：2006中规定的LLC)。关于第一流体以及第二流体的温度，优选为第一流体的温度＞第二流体的温度。其理由为：热交换部件1的被覆部件8在低温下不膨胀，柱状蜂窝结构体7在更高的温度下膨胀，由此，构成两者的嵌合不易松弛的条件。特别是，在柱状蜂窝结构体7与被覆部件8的嵌合为热压配合的情况下，能够使嵌合松弛、柱状蜂窝结构体7脱落的风险为最小限度。
热交换器20中，第二流体的入口21隔着热交换部件1而设置于与第二流体的出口22相反一侧，不过，第二流体的入口21以及第二流体的出口22的位置没有特别限制，可以考虑热交换器20的设置场所、配管位置、热交换效率而在轴向以及外周方向上适宜变更。
应予说明，上述对使用了热交换部件1的热交换器20进行说明，不过，当然可以使用热交换部件10来代替热交换部件1。
＜热交换部件以及热交换器的制造方法＞
接下来，以第一实施方式的热交换部件1的情形为例，对本发明所涉及的热交换部件以及热交换器的制造方法进行说明。但是，制造本发明的热交换部件以及热交换器的方法并不限定于以下说明的制造方法。
首先，将包含陶瓷粉末的生坯挤压成型为所期望的形状，制作蜂窝成型体。此时，通过选择适当形态的模具以及夹具，能够对隔室4的形状以及密度、隔壁5的数量、长度以及厚度、外周壁6的形状以及厚度等进行控制。另外，作为蜂窝成型体的材料，可以使用前述的陶瓷。例如，在制作以含浸Si的SiC复合材料为主成分的蜂窝成型体的情况下，在规定量的SiC粉末中加入粘合剂、和、水或有机溶剂，将得到的混合物混炼，制成生坯，进行成型，能够得到所期望形状的蜂窝成型体。然后，对得到的蜂窝成型体进行干燥，在减压的惰性气体或真空中，将金属Si含浸烧成于蜂窝成型体中，由此，能够得到具有由隔壁5区划形成的隔室4的柱状蜂窝结构体7。
接下来，将柱状蜂窝结构体7插入于被覆部件8，由此，将柱状蜂窝结构体7的外周面用被覆部件8围绕被覆。在该状态下，进行热压配合，由此，被覆部件8的内周面与柱状蜂窝结构体7的外周面嵌合。应予说明，如上所述，关于柱状蜂窝结构体7与被覆部件8的嵌合，除了热压配合以外，还可以通过利用间隙配合、过盈配合等嵌合的固定方法、以及钎焊、焊接、扩散接合等来进行。由此，热交换部件1制作完成。
接下来，将热交换部件1的被覆部件8的两端部与壳体23的内表面接合。接合方法如上所述，具有包含嵌合在内的各种方法。根据需要，接合部位可以利用焊接等进行接合。由此，形成将被覆部件8的外周面围绕被覆的壳体23，在被覆部件8的外周面与壳体23的内表面之间形成第二流体的流路24。这样，热交换器20制作完成。
应予说明，上述对使用了热交换部件1的情形进行了说明，不过，当然可以使用热交换部件10来代替热交换部件1。
【实施例】
以下，通过实施例，对本发明更具体地进行说明，但本发明并不受这些实施例的任何限定。
＜蜂窝结构体的制造＞
(实施例1)
将包含SiC粉末的生坯挤压成型为所期望的形状后，使其干燥，加工成规定的外形尺寸，进行Si含浸烧成，由此，制造柱状蜂窝结构体30。柱状蜂窝结构体30为圆柱状，使直径(外径)为70mm，使第一流体的流路方向上的长度为40mm。另外，将与该柱状蜂窝结构体30的第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图示于图15。对于柱状蜂窝结构体30，在中心部具有仅由第二隔壁5b区划形成的隔室4，并且，按隔室4的数量在周向区域A为200个、在周向区域B为100个、在周向区域C为50个、在周向区域D为25个、在周向区域E为5个的方式，使中心部侧的第一隔壁5a的数量比外周壁6侧的第一隔壁5a的数量少。另外，该柱状蜂窝结构体30中，使第一隔壁5a的厚度为0.3mm，使第二隔壁5b的厚度为0.25mm，使外周壁6的厚度为1.5mm。
通过采用如上所述的形状，在柱状蜂窝结构体30的中心部侧也能够形成隔室4。
(比较例1)
尝试：不减少中心部侧的第一隔壁5a的数量，将隔室4的数量在所有周向区域中都设定为200个，除此以外，与实施例1同样地制作柱状蜂窝结构体，结果无法成型，无法制作柱状蜂窝结构体。
(比较例2)
不减少中心部侧的第一隔壁5a的数量，将隔室4的数量在所有周向区域中都设定为20个，除此以外，与实施例1同样地制作柱状蜂窝结构体40。将该柱状蜂窝结构体40的与第一流体的流路方向垂直的方向上的截面图示于图16。该柱状蜂窝结构体40中，使第一隔壁5a的厚度为0.3mm，使第二隔壁5b的厚度为0.25mm，使外周壁6的厚度为1.5mm。
通过采用如上所述的形状，能够制作柱状蜂窝结构体40，但是无法在中心部形成隔室4。
＜热交换部件以及热交换器的制作＞
使用实施例1的柱状蜂窝结构体30以及比较例2的柱状蜂窝结构体40，制作热交换部件以及热交换器。
首先，作为被覆部件8，使用不锈钢制的管状部件，将柱状蜂窝结构体30、40插入至管状部件的内部中央后，利用热压配合，使筒状部件的内周面与蜂窝结构体30、40的外周面嵌合，由此，制作具有图1的结构的热交换部件。
对于热交换器，在壳体23内配置热交换部件，将热交换部件的被覆部件8的两端部与壳体23的内表面接合，由此，制作具有图13以及14所示的结构的热交换器。
＜热交换试验＞
利用以下的方法，对上述制作的热交换器进行热交换试验。使400℃的温度(Tg1)的空气(第一流体)以10g/s的流量(Mg)在蜂窝结构体30、40内流动。另一方面，以10L/分钟的流量(Mw)从第二流体的入口21供给40℃的冷却水(第二流体)，并从第二流体的出口22回收热交换后的冷却水。
以上述的条件对热交换器开始供给空气以及冷却水，经过5分钟后，立刻测定第二流体的入口21处的冷却水的温度(Tw1)以及第二流体的出口22处的冷却水的温度(Tw2)，求出热回收效率。
此处，由冷却水回收的热量Q用下式表示。
Q(kW)＝ΔTw×Cpw×Mw
式中，ΔTw＝Tw2-Tw1，Cpw(水的比热)＝4182J/(kg·K)。
另外，由热交换器获得的热回收效率η用下式表示。
η(％)＝Q/{(Tg1-Tw1)×Cpg×Mg}×100
式中，Cpg(空气的比热)＝1050J/(kg·K)。
＜压力损失试验＞
在上述的热交换试验中，在位于热交换部件前后的空气流路内分别配置压力计。根据由这些压力计的测定值得到的差压，测定在热交换部件内(隔室4内)流动的空气的压力损失。
＜等静压强度试验＞
在柱状蜂窝结构体30、40的外周面卷绕厚度0.5mm的聚氨酯橡胶制的片材，进而，按将圆形的聚氨酯橡胶制的片材夹在中间的方式，在柱状蜂窝结构体30、40的两端部之上配置厚度20mm的铝制圆板。铝制圆板以及聚氨酯橡胶制的片材使用形状以及大小与柱状蜂窝结构体30、40的端部的形状以及大小相同的片材。此外，沿着铝制圆板的外周卷缠塑料胶带，由此，对铝制圆板的外周与聚氨酯橡胶制的片材之间进行密封，得到试验用样品。接下来，将试验用样品放入充满水的压力容器内。接下来，使压力容器内的水压以0.3～3.0MPa/分钟的速度上升至200MPa，测量柱状蜂窝结构体30、40发生破坏时的水压。该评价结果中，将即便水压为200MPa也没有发生破坏的情形表示为“≥200(MPa)”。
将上述的各试验的结果示于表1。
表1
如表1所示，实施例1中，压力损失较少，热回收效率较高，并且，等静压强度也较大。
与此相对，比较例2中，由于隔室4较大，所以压力损失较少，但是，热回收效率较低，等静压强度也较小。
由以上的结果可知：根据本发明，能够提供可以使热回收效率得到提高、且抑制压力损失增大的热交换部件以及热交换器。

Claims (8)

1.一种热交换部件，具备：
柱状蜂窝结构体，所述柱状蜂窝结构体具有将从第一端面贯穿至第二端面而形成第一流体的流路的隔室区划成型的隔壁以及外周壁，
被覆部件，所述被覆部件将所述柱状蜂窝结构体的所述外周壁被覆，
其特征在于，
在与所述第一流体的流路方向垂直的所述柱状蜂窝结构体的截面内，所述隔壁具有从所述截面的中心部、沿放射方向延伸的第一隔壁和沿周向延伸的第二隔壁，且所述中心部侧的所述第一隔壁的数量比所述外周壁侧的所述第一隔壁的数量少。
2.根据权利要求1所述的热交换部件，其中，
在所述柱状蜂窝结构体的隔室内流通所述第一流体、并在所述被覆部件的外侧流通第二流体时，通过所述柱状蜂窝结构体的所述外周壁以及所述被覆部件来进行所述第一流体与所述第二流体之间的热交换。
3.根据权利要求1或2所述的热交换部件，其中，
在与所述第一流体的流路方向垂直的所述柱状蜂窝结构体的截面内，所述第一隔壁的数量随着从所述外周壁侧朝向所述中心部侧而减少。
4.根据权利要求1或2所述的热交换部件，其中，
所述外周壁的厚度比所述隔壁的厚度大。
5.根据权利要求1或2所述的热交换部件，其中，
在与所述第一流体的流路方向垂直的所述柱状蜂窝结构体的截面内，区划形成1个隔室的所述第一隔壁比区划形成所述1个隔室的所述第二隔壁长。
6.根据权利要求1或2所述的热交换部件，其中，
在与所述第一流体的流路方向垂直的所述柱状蜂窝结构体的截面内，所述中心部具有仅由所述第二隔壁区划形成的隔室。
7.根据权利要求1或2所述的热交换部件，其中，
所述第一隔壁的厚度比所述第二隔壁的厚度大。
8.一种热交换器，具有权利要求1～7中的任意一项所述的热交换部件。
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