JP2016006373A - Heat exchange body and process of manufacture of heat exchange body - Google Patents

Heat exchange body and process of manufacture of heat exchange body Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat exchange body showing a higher heat exchanging efficiency and a higher mechanical strength than that of the prior art.SOLUTION: A heat exchange body 1 includes a segment 10 of a ceramic sintered body formed into a honeycomb structure that comprises: a plurality of first slits 21 in which several partition walls 17 defining cells belonging to the same row every other row of cells 15 are excluded by the same length at a first end surface 11 side, passing in a direction crossing at a right angle with an axial direction thereof and keeping the axial length constant; a plurality of second slits 22 in which several partition walls defining cells belonging to a row different from the cells with the first slits formed are excluded by the same length at a second end surface 12 side, passing in a direction crossing at a right angle with an axial direction thereof and keeping the axial length constant; a first seal part 31 for sealing an opening at the first end surface of each of the first slits and an opening at the second side surface 14; and a second seal part 32 for sealing an opening at the second end surface side of each of the second slits and an opening at the first side surface 13.

Description

本発明は、セラミックスのハニカム構造体を用いた熱交換体及び熱交換体の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a heat exchange body using a ceramic honeycomb structure and a method for producing the heat exchange body.

高温の排ガスや排水から熱を回収する熱交換体として、従前より、セラミックス製で、単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体を使用したものが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。ここで、特許文献1の熱交換体は、ハニカム構造体において一方向に貫通する複数のセルに流通させる流体と、ハニカム構造体の外周面に沿って流通させる流体との間で熱交換させるものである。この場合、ハニカム構造体の外周面に近い外側のセルを流通する流体は、外周面に沿って流通させる流体との間で効率よく熱交換できるものの、ハニカム構造体の内側のセルを流通する流体は、外周面に沿って流通させる流体との間の熱交換の効率が悪いという問題があった。   As a heat exchanger that recovers heat from high-temperature exhaust gas and wastewater, a honeycomb structure having a plurality of cells that are made of ceramics and partitioned by partition walls extending in a single axial direction has been used. Some have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Here, the heat exchanging body of Patent Document 1 exchanges heat between a fluid that flows through a plurality of cells penetrating in one direction in the honeycomb structure and a fluid that flows along the outer peripheral surface of the honeycomb structure. It is. In this case, although the fluid flowing through the outer cells close to the outer peripheral surface of the honeycomb structure can efficiently exchange heat with the fluid flowing along the outer peripheral surface, the fluid flowing through the inner cells of the honeycomb structure However, there is a problem that the efficiency of heat exchange with the fluid flowing along the outer peripheral surface is poor.

一方、特許文献2の熱交換体は、ハニカム構造体を貫通するセルを一列おきに、それぞれ両端面で同じ列で封止して封止部を形成すると共に、封止された列のセルの隔壁を直角方向から穿孔して貫通させたスリットを、一端側の封止部近傍から他端側の封止部近傍まで延びるように細長く形成したものである。かかる構成により、両端面が封止されておらず貫通しているセルを流通する流体と、直交方向に貫通するスリットを流通する流体との間で、隔壁を介して熱交換が行われる。この場合、直交する方向に流通する流体間で熱交換が行われるため、二つの流体の隔壁を介した接触時間が短く、熱交換の効率が悪いという問題があった。また、特許文献2の熱交換体では、スリットが形成された列は、封止部のみ、或いは、封止部とスリットとの間に僅かに残存する隔壁のみによって、隣接する列の隔壁と接合されているため、機械的強度が不十分となるおそれがあった。   On the other hand, in the heat exchange element of Patent Document 2, every other row of cells penetrating the honeycomb structure is sealed with the same row at both end faces to form a sealed portion, and the cells of the sealed row A slit formed by perforating a partition wall from a right angle direction is formed to be elongated so as to extend from the vicinity of the sealing portion on one end side to the vicinity of the sealing portion on the other end side. With such a configuration, heat exchange is performed between the fluid flowing through the cell that is not sealed at both end faces and the fluid flowing through the slit penetrating in the orthogonal direction via the partition wall. In this case, since heat exchange is performed between the fluids flowing in the orthogonal directions, there is a problem that the contact time through the partition walls of the two fluids is short, and the heat exchange efficiency is poor. Further, in the heat exchange element of Patent Document 2, the row in which the slit is formed is joined to the partition in the adjacent row only by the sealing portion or only by the partition that remains slightly between the sealing portion and the slit. Therefore, the mechanical strength may be insufficient.

そこで、本出願人の一は、排気と空気との間で熱交換することにより空気を予熱する空気予熱装置として、セラミックスのハニカム構造体を使用し、排気と空気を隣接するセル列を流通させると共に、その流通方向を対向させた構造の熱交換体を提案している(特許文献3参照)。これは、図8及び図9に例示するように、角柱状のハニカム構造体において、あるセル列の軸方向の端部101側で隔壁105を斜めに切除した上で、その軸方向の端部101を封止して封止部110を形成することにより、一対の側面102のうち一方のみに開口すると共に、開口端121に向かって拡大する合流路120を形成したものである。   Accordingly, one of the present applicants uses a ceramic honeycomb structure as an air preheating device that preheats air by exchanging heat between exhaust and air, and distributes exhaust and air through adjacent cell rows. In addition, a heat exchanger having a structure in which the flow directions are opposed to each other has been proposed (see Patent Document 3). As illustrated in FIGS. 8 and 9, this is because, in a prismatic honeycomb structure, the partition wall 105 is obliquely cut off at the axial end portion 101 side of a certain cell row, and then the axial end portion thereof. By sealing 101 and forming the sealing portion 110, a joint flow path 120 that opens to only one of the pair of side surfaces 102 and expands toward the opening end 121 is formed.

ここで、図8及び図9において、それぞれ(a),(b)は隣接するセル列を表しており、図8は隣接するセル列が、それぞれ異なる端部101側に合流路120を有している例であり、図9は、両端部101側に合流路120を有するセル列と、合流路を有しないセル列とが交互に並設されている例である。なお、隔壁105を斜めに切除しているのは、圧力損失を抑えることを意図したものであり、合流路120の開口面積とそのセル列のセルの断面積の合計とを略等しくするため、切削角度θを20°〜45°としている。   Here, in FIGS. 8 and 9, (a) and (b) respectively represent adjacent cell rows, and FIG. 8 shows that adjacent cell rows each have a merge channel 120 on a different end 101 side. FIG. 9 is an example in which the cell rows having the joint channel 120 on both end portions 101 side and the cell rows having no joint channel are alternately arranged in parallel. In addition, the reason why the partition wall 105 is obliquely cut is intended to suppress the pressure loss. In order to make the opening area of the combined flow path 120 and the sum of the cross-sectional areas of the cells in the cell row substantially equal, The cutting angle θ is set to 20 ° to 45 °.

また、特許文献4には、同じセル列の両端に、セルの延在する方向に対して90°の方向にセルを区画する隔壁を切削したスリットを設けたハニカム構造体を用いた熱交換器が記載されている。
上記のような構成により、排気と空気とは隣り合うセル内を、セルの軸方向に沿って反対方向に流通するため、隔壁を介した接触時間が長く、高い効率で熱交換することができる。また、隣接するセル間には、切除される端部を除いて隔壁が存在するため、機械的強度が高いという利点がある。
Further, Patent Document 4 discloses a heat exchanger using a honeycomb structure in which slits obtained by cutting partition walls that divide cells in a direction of 90 ° with respect to the cell extending direction are provided at both ends of the same cell row. Is described.
With the configuration as described above, the exhaust gas and the air circulate in the opposite direction along the axial direction of the cell in the adjacent cell, so that the contact time through the partition wall is long and heat exchange can be performed with high efficiency. . In addition, there is an advantage that the mechanical strength is high because there is a partition wall between adjacent cells except for an end portion to be excised.

特開2012−189229号公報JP 2012-189229 A 特開昭61−24997号公報JP 61-24997 A 特開2012−193946号公報JP 2012-193946 A 特許第5514190号公報Japanese Patent No. 5514190

本発明は、上記の経緯の延長にあるものであり、その目的は、セラミックスのハニカム構造体を用いた熱交換体であって、従来より熱交換の効率が高く、且つ、機械的強度の高い熱交換体及び熱交換体の製造方法を提供することにある。   The present invention is an extension of the above-described circumstances, and its object is a heat exchange body using a ceramic honeycomb structure, which has higher heat exchange efficiency and higher mechanical strength than before. It is providing the manufacturing method of a heat exchanger and a heat exchanger.

上記の課題を解決するため、本発明のある態様に係る熱交換体は、単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造に形成されたセラミックス焼結体のセグメントが、前記セルが開口する一対の端面のうち一方の第一端面側で、前記セルの一列おきに、同一の列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁が前記第一端面から同一の長さ除かれて形成された、前記軸方向に直交する方向に貫通していると共に前記軸方向の長さが一定である複数の第一スリットと、前記一対の端面のうち他方の第二端面側で、前記第一スリットが形成された前記セルとは異なる列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁が前記第二端面から同一の長さ除かれて形成された、前記軸方向に直交する方向に貫通していると共に前記軸方向の長さが一定である複数の第二スリットと、それぞれの前記第一スリットの前記第一端面側の開口を封止していると共に、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止している第一封止部と、それぞれの前記第二スリットの前記第二端面側の開口を封止していると共に、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止している第二封止部とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a heat exchanger according to an aspect of the present invention is a ceramic sintered body formed in a honeycomb structure having a plurality of cells partitioned by partition walls extending in a single axial direction. A plurality of partitions partitioning the cells belonging to the same row in every other row of the cells on one first end face side of the pair of end faces where the cells are opened are the segments of the united body. A plurality of first slits that are formed by removing the same length from each other and that penetrate in a direction orthogonal to the axial direction and have a constant axial length, and the other of the pair of end faces The shaft, wherein a plurality of the partition walls defining the cells belonging to a column different from the cell in which the first slit is formed on the second end surface side are formed by removing the same length from the second end surface. Penetrates in a direction perpendicular to the direction Both the plurality of second slits having a constant axial length and the opening on the first end face side of each of the first slits are sealed, and one of the pair of openings on the side face side is sealed. The first sealing portion that seals only the opening and the opening on the second end face side of each of the second slits are sealed, and only one of the pair of openings on the side face side is sealed. And a second sealing portion that is sealed.

「セラミックス焼結体」を構成させるセラミックス材料は、特に限定されず、炭化珪素、アルミナ、コージェライト、ムライト等を使用可能である。
「第一封止部」及び「第二封止部」は、緻密質の材料で形成される。材料は特に限定されないが、セラミックス焼結体を構成させるセラミックス材料と同一または近似した組成の材料であれば熱膨張率が近く、熱応力の発生やこれに起因する亀裂などが生じ難く望ましい。
The ceramic material constituting the “ceramic sintered body” is not particularly limited, and silicon carbide, alumina, cordierite, mullite, or the like can be used.
The “first sealing portion” and the “second sealing portion” are formed of a dense material. The material is not particularly limited, but a material having the same or similar composition as that of the ceramic material constituting the ceramic sintered body is desirable because it has a close thermal expansion coefficient and is unlikely to generate thermal stress or a crack caused by this.

「第一スリット」及び「第二スリット」は、セルの軸方向に直交する方向に貫通しているため、何れもハニカム構造のセグメントの側面に開口する。側面側の一対の開口のうち一方が第一封止部で封止されていることにより第一スリットが開口している側面と、側面側の一対の開口のうち一方が第二封止部で封止されていることにより第二スリットが開口している側面とは、異なっていても同一であってもよい。第一スリットが開口する側面と第二スリットが開口する側面が異なっている場合は、熱交換後に第一スリット及び第二スリットのそれぞれから排出される温度差のある流体の排出方向が異なるため、その温度差を維持し易い利点がある。一方、第一スリットが開口する側面と第二スリットが開口する側面が同一の場合は、第一スリット及び第二スリットそれぞれの開口に連通させるパイプなどを配設した熱交換器の全体を、コンパクトにすることができる利点がある。   Since the “first slit” and the “second slit” penetrate in the direction orthogonal to the axial direction of the cell, both are opened on the side surface of the segment of the honeycomb structure. One of the pair of openings on the side surface side is sealed with the first sealing portion, and one of the pair of openings on the side surface side is the second sealing portion. It may be different or the same as the side surface where the second slit is opened by being sealed. When the side surface where the first slit opens and the side surface where the second slit opens are different, the discharge direction of the fluid with a temperature difference discharged from each of the first slit and the second slit after heat exchange is different. There is an advantage that it is easy to maintain the temperature difference. On the other hand, when the side surface where the first slit opens and the side surface where the second slit opens are the same, the entire heat exchanger provided with pipes communicating with the openings of the first slit and the second slit is compact. There are advantages that can be made.

本構成の熱交換体では、第一端面で開口するセルから流入し、封止されていない第二スリットの開口から流出する第一の流体と、第二端面で開口するセルから流入し、封止されていない第一スリットの開口から流出する第二の流体との間で、隔壁を介して熱交換させることができる。或いは、封止されていない第一スリットの開口から流入し、第二端面で開口するセルから流出する第一の流体と、封止されていない第二スリットの開口から流入し、第一端面で開口するセルから流出する第二の流体との間で、隔壁を介して熱交換させることができる。従って、第一の流体と第二の流体は、隣り合うセル内を、セルの軸方向に沿って反対方向に流通するため、第一の流体と第二の流体との隔壁を介した接触時間が長く、高い効率で熱交換することができる。   In the heat exchanger of this configuration, the first fluid that flows in from the cell that opens at the first end surface, flows out from the opening of the second slit that is not sealed, and flows from the cell that opens at the second end surface, and seals. Heat can be exchanged with the second fluid flowing out from the opening of the first slit which is not stopped through the partition wall. Or, it flows in from the opening of the first slit that is not sealed, flows out from the cell that opens at the second end surface, and flows from the opening of the second slit that is not sealed, Heat can be exchanged with the second fluid flowing out from the open cell via the partition wall. Therefore, since the first fluid and the second fluid flow in the opposite directions along the axial direction of the cells in the adjacent cells, the contact time through the partition wall between the first fluid and the second fluid Is long and can exchange heat with high efficiency.

加えて、本構成では、同一の列に属するセルを区画する複数の隔壁が第一端面から同一の長さ除かれて第一スリットが形成されていると共に、それとは隣接する列で、同一の列に属するセルを区画する複数の隔壁が第二端面から同一の長さ除かれて第二スリットが形成されている。換言すれば、第一の流体がセル内を流通し、隣接するセル内を流通する第二の流体と熱交換する流路の長さは、同一のセル列において全て等しく、第二の流体がセル内を流通し、隣接するセル内を流通する第一の流体と熱交換する流路の長さは、同一のセル列において全て等しい。これにより、詳細は後述するように、隔壁を斜めに切除することにより同一のセル列においてセルを区画する隔壁の長さが相違している従来技術(特許文献3)と比べ、熱効率がより高いものとなっている。   In addition, in this configuration, a plurality of partition walls that partition cells belonging to the same column are removed from the first end surface by the same length to form the first slit, and the adjacent column is the same in the same column. A plurality of partition walls partitioning cells belonging to the column are removed from the second end surface by the same length to form a second slit. In other words, the lengths of the flow paths in which the first fluid flows in the cell and exchanges heat with the second fluid flowing in the adjacent cells are all equal in the same cell row, and the second fluid is The lengths of the flow paths that circulate in the cells and exchange heat with the first fluid that circulates in the adjacent cells are all equal in the same cell row. As a result, as will be described in detail later, the thermal efficiency is higher compared to the prior art (Patent Document 3) in which the lengths of the partition walls partitioning the cells in the same cell row are different by obliquely cutting the partition walls. It has become a thing.

また、ハニカム構造体を用いた熱交換体では、機械的強度は主に隔壁によって担保されるところ、本構成の熱交換体では、第一スリットを形成するために隔壁が除かれるセルと、第二スリットを形成するために隔壁が除かれるセルは、異なる列のセルである。従って、何れの列においても、スリットが形成される一方の端面側を除き、隣接するセル間の隔壁をかなりの長さで残すことができる。これにより、セグメントの両端面側にそれぞれスリットを有していても、セグメント全体の機械的強度の低下が抑制されており、機械的強度の高い熱交換体となっている。また、第一スリットと第二スリットが隣接する異なる列のセルに設けられているため、第一の流体と第二の流体との熱交換面積が大きくなり、従来技術(特許文献4)に比べ、熱効率がより高いものとなる。   Further, in the heat exchange body using the honeycomb structure, the mechanical strength is mainly secured by the partition walls. However, in the heat exchange body of this configuration, the cells from which the partition walls are removed in order to form the first slit, The cells from which the partition walls are removed to form the two slits are cells in different rows. Therefore, in any row, except for one end face where the slit is formed, the partition between adjacent cells can be left with a considerable length. Thereby, even if it has a slit in the both end surface sides of a segment, the fall of the mechanical strength of the whole segment is suppressed, and it is a heat exchanger with high mechanical strength. In addition, since the first slit and the second slit are provided in the cells in different rows adjacent to each other, the heat exchange area between the first fluid and the second fluid is increased, and compared with the conventional technique (Patent Document 4). The thermal efficiency is higher.

加えて、本構成では、第一スリットに連通するセルを区画している隔壁の長さは、同一のセル列において全て等しく、第二スリットに連通するセルを区画している隔壁の長さは、同一のセル列において全て等しい。これにより、同一のセル列において隔壁の長さが相違する場合に比べて、機械的強度に偏りのない(機械的強度の高い部分と低い部分とが偏在することのない)構成となっている。   In addition, in this configuration, the lengths of the partition walls defining the cells communicating with the first slit are all equal in the same cell row, and the lengths of the partition walls defining the cells communicating with the second slit are Are all equal in the same cell column. Thereby, compared with the case where the length of a partition differs in the same cell row | line | column, it becomes the structure by which mechanical strength is not biased (a part with high mechanical strength and a low part are not unevenly distributed). .

この熱交換体において、上記構成に加え、前記セラミックス焼結体は、炭化珪素質セラミックス焼結体であり、前記隔壁の表面に形成された珪酸系ガラスの酸化防止層を更に具備するとよい。
炭化珪素は、セラミックスの中では熱伝導率が高い材料である。具体的には、アルミナ、コージェライト、及び、ムライトの熱伝導率は、それぞれ9〜30W/m・K、0.6W/m・K、及び、1.5W/m・Kであるのに対し、炭化珪素の熱伝導率は75〜130W/m・Kと高い。そのため、温度の異なる二つの流体間に介在する隔壁が熱伝導性に優れ、高い効率で熱交換することができる。
In this heat exchanger, in addition to the above configuration, the ceramic sintered body may be a silicon carbide ceramic sintered body, and may further include an antioxidant layer of silicate glass formed on the surface of the partition wall.
Silicon carbide is a material having high thermal conductivity among ceramics. Specifically, the thermal conductivity of alumina, cordierite, and mullite is 9-30 W / m · K, 0.6 W / m · K, and 1.5 W / m · K, respectively. The thermal conductivity of silicon carbide is as high as 75 to 130 W / m · K. Therefore, the partition wall interposed between two fluids having different temperatures is excellent in thermal conductivity and can exchange heat with high efficiency.

加えて、炭化珪素の熱膨張率は、約4×10−6/℃と小さい。これは、アルミナの熱膨張率の約1/2である。すなわち、炭化珪素は熱伝導率が高いと共に熱膨張率が小さいため、耐熱衝撃性に優れる。従って、炭化珪素質セラミックス焼結体で形成された熱交換体は、高温の流体を流通させることにより高温となる熱交換体として適している。
ところが、炭化珪素は酸素の存在する雰囲気下で高温に加熱されると、酸化してしまうという問題がある。これに対し本構成の熱交換体では、炭化珪素質セラミックス焼結体である隔壁の表面に、珪酸系ガラスの酸化防止層が形成されている。この珪酸系ガラスの層によって、炭化珪素質セラミックスの隔壁と酸素との接触が妨げられるため、炭化珪素質セラミックスの酸化が有効に抑制される。なお、酸化防止層は、隔壁の表面に加えて、セグメントの側面の表面にも形成させることができる。
In addition, the thermal expansion coefficient of silicon carbide is as small as about 4 × 10 −6 / ° C. This is about 1/2 of the thermal expansion coefficient of alumina. That is, since silicon carbide has a high thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion, it has excellent thermal shock resistance. Therefore, the heat exchanger formed of the silicon carbide based ceramic sintered body is suitable as a heat exchanger that becomes high temperature by circulating a high-temperature fluid.
However, there is a problem that silicon carbide is oxidized when heated to a high temperature in an atmosphere in which oxygen is present. On the other hand, in the heat exchange element of this structure, the oxidation prevention layer of the silicate type glass is formed on the surface of the partition which is a silicon carbide ceramic sintered body. Since the silicic glass layer prevents the silicon carbide ceramic partition from contacting the oxygen, oxidation of the silicon carbide ceramic is effectively suppressed. The antioxidant layer can be formed on the side surface of the segment in addition to the surface of the partition wall.

また、珪酸系ガラスの酸化防止層が隔壁の表面に形成されているため、仮に隔壁が多孔質であっても、開気孔が酸化防止層で被覆・充填される。これにより、流体が隔壁を介して流通し、熱交換させるべき二つの流体が混合してしまうことを防止することができる。
加えて、珪酸系ガラスは高温下で軟化して延び、塑性変形する。そのため、脆性材料である炭化珪素質セラミックス焼結体に、仮に亀裂が発生した場合であっても、軟化した珪酸系ガラスがそれを埋めるため、亀裂が伸展して破壊に至ることが抑制される。従って、本発明の熱交換体は、耐熱衝撃性の高い炭化珪素質セラミックスで構成されていることに加え、更に珪酸系ガラスの層を備えていることにより、より耐熱衝撃性に優れており、高温下での機械的強度が高い。
In addition, since the antioxidant layer of silicate glass is formed on the surface of the partition wall, even if the partition wall is porous, the open pores are covered and filled with the antioxidant layer. Thereby, it can prevent that a fluid distribute | circulates through a partition and two fluids which should be heat-exchanged mix.
In addition, silicate glass softens and stretches at high temperatures and plastically deforms. Therefore, even if a crack occurs in the silicon carbide ceramic sintered body, which is a brittle material, the softened silicate glass fills it, so that the crack is prevented from extending and breaking. . Therefore, the heat exchanger of the present invention is more excellent in thermal shock resistance by being composed of a silicon carbide ceramic with high thermal shock resistance, and further comprising a layer of silicate glass, High mechanical strength at high temperatures.

次に、本発明の別の態様に係る熱交換体の製造方法は、セラミックス原料で、単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造の成形体を成形する成形工程と、前記成形体を焼成し、セラミックス焼結体のセグメントを得る焼成工程と、前記セグメントにおいて前記セルが開口する一対の端面のうち一方の第一端面側で、前記セルの一列おきに、同一の列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁を前記第一端面から同一の長さ切除し、前記軸方向に直交する方向に貫通し前記軸方向の長さが一定である複数の第一スリットを形成すると共に、前記一対の端面のうち他方の第二端面側で、前記第一スリットが形成された前記セルとは異なる列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁を前記第二端面から同一の長さ切除し、前記軸方向に直交する方向に貫通し前記軸方向の長さが一定である複数の第二スリットを形成するスリット形成工程と、それぞれの前記第一スリットの前記第一端面側の開口、及び、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止すると共に、それぞれの前記第二スリットの前記第二端面側の開口、及び、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止する封止工程とを具備することを特徴とする。   Next, a manufacturing method of a heat exchange body according to another aspect of the present invention is a ceramic structure formed body having a plurality of cells partitioned by partition walls extending in a single axial direction and made of a ceramic raw material. A molding step of molding the molded body, a firing step of firing the molded body to obtain a segment of a ceramic sintered body, and a first end face side of one of the pair of end faces where the cell opens in the segment. Every other row, the plurality of partition walls defining the cells belonging to the same row are excised from the first end surface by the same length, penetrated in a direction orthogonal to the axial direction, and the axial length is constant. A plurality of the partition walls that form a plurality of first slits and partition the cells belonging to a column different from the cells in which the first slits are formed on the other second end face side of the pair of end faces The second end A slit forming step of forming a plurality of second slits having the same length in the axial direction and penetrating in a direction orthogonal to the axial direction, and the first of the first slits Only one of the opening on the one end surface side and the pair of openings on the side surface side is sealed, and the opening on the second end surface side of each of the second slits and the pair of openings on the side surface side A sealing step of sealing only one of the openings.

本構成の製造方法により、上述した「単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造に形成されたセラミックス焼結体のセグメントが、前記セルが開口する一対の端面のうち一方の第一端面側で、前記セルの一列おきに、同一の列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁が前記第一端面から同一の長さ除かれて形成された、前記軸方向に直交する方向に貫通していると共に前記軸方向の長さが一定である複数の第一スリットと、前記一対の端面のうち他方の第二端面側で、前記第一スリットが形成された前記セルとは異なる列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁が前記第二端面から同一の長さ除かれて形成された、前記軸方向に直交する方向に貫通していると共に前記軸方向の長さが一定である複数の第二スリットと、それぞれの前記第一スリットの前記第一端面側の開口を封止していると共に、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止している第一封止部と、それぞれの前記第二スリットの前記第二端面側の開口を封止していると共に、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止している第二封止部とを具備する」構成の熱交換体を製造することができる。   According to the manufacturing method of the present configuration, the above-described segment of the ceramic sintered body formed in the honeycomb structure including the plurality of cells partitioned by the partition walls extending in a single axial direction is opened. A plurality of partition walls defining the cells belonging to the same row are formed by removing the same length from the first end surface at every other row of the cells on one first end surface side of the pair of end surfaces. A plurality of first slits penetrating in a direction perpendicular to the axial direction and having a constant length in the axial direction, and the first slit on the other second end face side of the pair of end faces. A plurality of the partition walls partitioning the cells belonging to a column different from the cell in which the is formed are formed by removing the same length from the second end surface, and penetrate in a direction perpendicular to the axial direction. And the axial length is one A plurality of second slits, and an opening on the first end surface side of each of the first slits, and only one of the pair of side surface openings is sealed. A second sealing that seals the opening on the second end face side of each of the second slits and seals only one of the pair of openings on the side face side. A heat exchange element having a configuration of “comparing with a part” can be manufactured.

また、この熱交換体の製造方法において、前記セラミックス原料は、焼成により炭化珪素質セラミックス焼結体となるものであり、前記焼成工程は非酸化性雰囲気下で行われると共に、前記封止工程の前または後に行われ、二酸化珪素を含有する酸化防止剤を前記隔壁の表面に被覆し、前記隔壁の表面に前記酸化防止剤が被覆された前記セグメントを加熱し、前記酸化防止剤を珪酸系ガラスの酸化防止層として前記隔壁の表面に固着させる酸化防止層形成工程を、更に具備するものとしてもよい。   Further, in this method for producing a heat exchange element, the ceramic raw material becomes a silicon carbide based ceramic sintered body by firing, and the firing step is performed in a non-oxidizing atmosphere, Before or after, the surface of the partition wall is coated with an antioxidant containing silicon dioxide, the segment coated with the antioxidant on the surface of the partition wall is heated, and the antioxidant is made of silicate glass An antioxidant layer forming step for fixing to the surface of the partition as an antioxidant layer may be further provided.

「焼成により炭化珪素質セラミックス焼結体となるセラミック原料」としては、炭化珪素粉末を含有する原料を使用することができる。また、加熱により炭化珪素を生成する珪素源及び炭素源を含む原料を使用し、炭化珪素を反応生成させつつ焼結させる(反応焼結)こともできる。
「焼成工程」における「非酸化性雰囲気」は、アルゴンやヘリウム等の不活性ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、これらの混合ガス雰囲気、或いは、真空雰囲気とすることができる。
As the “ceramic raw material that becomes a silicon carbide ceramic sintered body by firing”, a raw material containing silicon carbide powder can be used. Further, a raw material containing a silicon source and a carbon source that generate silicon carbide by heating can be used, and silicon carbide can be sintered while reacting (reaction sintering).
The “non-oxidizing atmosphere” in the “baking step” can be an inert gas atmosphere such as argon or helium, a nitrogen gas atmosphere, a mixed gas atmosphere thereof, or a vacuum atmosphere.

「酸化防止剤」は加熱によって珪酸系ガラスとなるものであり、二酸化珪素の他、酸化ナトリウム、酸化カリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属成分、酸化カルシウム、炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属成分、珪素(単体の珪素)、酸化ホウ素、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムなどを含有させることができる。ここで、アルカリ金属成分やアルカリ土類金属成分は、加熱下で二酸化珪素を溶融または軟化させるため、これらの含有量により、隔壁への付着性や浸透性を調整することができる。また、酸化ホウ素の含有量により、珪酸系ガラスの熱膨張率を調整することができる。その他、酸化アルミニウムや水酸化アルミニウム(加熱下で酸化アルミニウムとなる)の含有量により、珪酸系ガラスの強度を調整することができる。   "Antioxidant" becomes silicate glass by heating. In addition to silicon dioxide, alkali metal components such as sodium oxide, potassium oxide and potassium carbonate, alkaline earth metal components such as calcium oxide and calcium carbonate, silicon (Simple silicon), boron oxide, aluminum oxide, aluminum hydroxide and the like can be contained. Here, since the alkali metal component and the alkaline earth metal component melt or soften silicon dioxide under heating, the adhesiveness and permeability to the partition wall can be adjusted by the content thereof. Further, the thermal expansion coefficient of the silicate glass can be adjusted by the content of boron oxide. In addition, the strength of the silicate glass can be adjusted by the content of aluminum oxide or aluminum hydroxide (which becomes aluminum oxide under heating).

「酸化防止剤被覆工程」は、酸化防止剤を塗布・スプレーする工程、酸化防止剤にセグメントを浸漬する工程、或いは、酸化防止剤をセグメントに含浸させる工程とすることができる。なお、隔壁の表面に加え、セグメントの側面も酸化防止剤で被覆することができる。
本構成の製造方法により、上記構成に加え、「前記セラミックス焼結体は、炭化珪素質セラミックス焼結体であり、前記隔壁の表面に形成された珪酸系ガラスの酸化防止層を更に具備する」構成の熱交換体を製造することができる。
The “antioxidant coating step” can be a step of applying and spraying an antioxidant, a step of immersing the segment in the antioxidant, or a step of impregnating the segment with the antioxidant. In addition to the surface of the partition wall, the side surface of the segment can be coated with an antioxidant.
According to the manufacturing method of this configuration, in addition to the above-described configuration, “the ceramic sintered body is a silicon carbide ceramic sintered body, and further includes an antioxidant layer of silicate glass formed on the surface of the partition wall” A heat exchanger having a configuration can be manufactured.

以上のように、本発明に係る熱交換体及び熱交換体の製造方法によれば、セラミックスのハニカム構造体を用いた熱交換体であって、従来より熱交換の効率が高く、且つ、機械的強度が高い熱交換体及び熱交換体の製造方法を提供することができる。   As described above, according to the heat exchanging body and the method for manufacturing the heat exchanging body according to the present invention, the heat exchanging body using the honeycomb structure of ceramics has a higher heat exchanging efficiency than before, and the machine Heat exchanger with high mechanical strength and a method for producing the heat exchanger can be provided.

本発明の第一実施形態の熱交換体の(a)正面側から見た斜視図、及び、(b)背面側から見た斜視図である。It is the perspective view seen from the (a) front side of the heat exchanger of a first embodiment of the present invention, and (b) the perspective view seen from the back side. 図1の熱交換体の(a)平面図、及び、(b)底面図である。It is (a) top view and (b) bottom view of the heat exchange body of FIG. 図1の熱交換体の(a)X−X線端面図、及び、(b)Y−Y線端面図である。It is the (a) XX line end view of the heat exchange body of FIG. 1, and (b) YY line end view. 本発明の第二実施形態の熱交換体の(a)正面側から見た斜視図、及び、(b)背面側から見た斜視図である。It is the perspective view seen from the (a) front side of the heat exchange element of the second embodiment of the present invention, and (b) the perspective view seen from the back side. 図2の熱交換体の(a)X−X線端面図、及び、(b)Y−Y線端面図である。It is the (a) XX line end view of the heat exchange body of FIG. 2, and (b) YY line end view. 実施例および比較例1、2について、熱回収比を比較したグラフである。It is the graph which compared the heat recovery ratio about an Example and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例及び比較例1について、第一の流体及び第二の流体の流量比をセル列に対してプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the flow rate ratio of the 1st fluid and the 2nd fluid with respect to the cell row about the example and comparative example 1. 特許文献3の熱交換体について(a)あるセル列の断面の略図、及び(b)隣接するセル列の断面の略図、である。(A) About the heat exchange body of patent document 3, (a) Schematic of the cross section of a certain cell row | line | column, (b) Schematic of the cross section of an adjacent cell row | line | column. 特許文献3の熱交換体の他の例について(a)あるセル列における断面の略図、及び(b)隣接するセル列における断面の略図、である。It is (a) schematic of the cross section in a certain cell row | line about the other example of the heat exchange body of patent document 3, and (b) the schematic diagram of the cross section in an adjacent cell row | line | column. 比較例に係る熱交換体について(a)あるセル列における断面の略図、及び(b)隣接するセル列における断面の略図、である。It is the schematic of the cross section in a certain cell row | line | column about the heat exchange body which concerns on a comparative example, and (b) The schematic drawing of the cross section in an adjacent cell row | line | column.

以下、本発明の第一実施形態である熱交換体1について、図1乃至図3を用いて説明する。第一実施形態の熱交換体1は、単一の軸方向に延びて列設された隔壁17により区画された複数のセル15を備えるハニカム構造に形成されたセラミックス焼結体のセグメント10が、セル15が開口する一対の第一端面11及び第二端面12のうち一方の第一端面11側で、セル15の一列おきに、同一の列に属するセル15を区画する複数の隔壁17が第一端面11から同一の長さ除かれて形成された、軸方向に直交する方向に貫通していると共に軸方向の長さが一定である複数の第一スリット21と、一対の第一端面11及び第二端面12のうち他方の第二端面12側で、第一スリット21が形成されたセル15とは異なる列に属するセル15を区画する複数の隔壁17が第二端面12から同一の長さ除かれて形成された、軸方向に直交する方向に貫通していると共に軸方向の長さが一定である複数の第二スリット22と、それぞれの第一スリット21の第一端面11側の開口を封止していると共に、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止している第一封止部31と、それぞれの第二スリット22の第二端面12側の開口を封止していると共に、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止している第二封止部32とを具備しているものである。   Hereinafter, the heat exchanger 1 which is 1st embodiment of this invention is demonstrated using FIG. 1 thru | or FIG. The heat exchange element 1 of the first embodiment includes a ceramic sintered body segment 10 formed in a honeycomb structure including a plurality of cells 15 that are partitioned by partition walls 17 extending in a single axial direction. On the first end surface 11 side of the pair of first end surface 11 and second end surface 12 in which the cells 15 open, a plurality of partition walls 17 that partition the cells 15 belonging to the same row are arranged in every other row of the cells 15. A plurality of first slits 21 that are formed by removing the same length from one end surface 11 and that penetrate in a direction orthogonal to the axial direction and have a constant axial length, and a pair of first end surfaces 11 The plurality of partition walls 17 partitioning the cells 15 belonging to a different column from the cells 15 in which the first slits 21 are formed on the other second end surface 12 side of the second end surface 12 have the same length from the second end surface 12. Directly formed in the axial direction A plurality of second slits 22 that are penetrated in the direction to be fixed and have a constant axial length, and the openings on the first end surface 11 side of the respective first slits 21 are sealed, The first sealing portion 31 that seals only one of the pair of openings and the opening on the second end face 12 side of each second slit 22 are sealed, and the pair of side faces And a second sealing portion 32 that seals only one of the openings.

ここで、本実施形態では、第一スリット21を形成するにあたり、異なる列に属するセル15を区画する隔壁17も、全て第一端面11から同一の長さ除かれていると共に、第二スリット22を形成するにあたり、異なる列に属するセル15を区画する隔壁17も、全て第二端面12から同一の長さ除かれている。加えて、第一スリット21を形成するために隔壁17が除かれた長さと、第二スリット22を形成するために隔壁17が除かれた長さも同一である。すなわち、本実施形態の熱交換体1においては、第一の流体が流通するセル15と第二の流体が流通するセル15とを区画する隔壁17の長さは、全て同一である。   Here, in the present embodiment, when the first slit 21 is formed, all the partition walls 17 that partition the cells 15 belonging to different columns are also removed from the first end surface 11 by the same length, and the second slit 22 is formed. , The partition walls 17 that partition the cells 15 belonging to different columns are all removed from the second end face 12 by the same length. In addition, the length from which the partition wall 17 is removed to form the first slit 21 is the same as the length from which the partition wall 17 is removed to form the second slit 22. That is, in the heat exchanger element 1 of the present embodiment, the lengths of the partition walls 17 that partition the cell 15 through which the first fluid flows and the cell 15 through which the second fluid flows are all the same.

また、上記構成において、熱交換体1のセグメント10は四角柱状であり、第一スリット21は第一側面13で開口していると共に、第二スリット22は、第一側面13と対向する第二側面14に開口している。
更に、熱交換体1では、セラミックス焼結体は炭化珪素質セラミックス焼結体であり、熱交換体1は、隔壁17の表面に形成された珪酸系ガラスの酸化防止層(図示しない)を更に具備している。
Further, in the above configuration, the segment 10 of the heat exchange element 1 has a quadrangular prism shape, the first slit 21 is opened at the first side surface 13, and the second slit 22 is the second surface facing the first side surface 13. Opened on the side surface 14.
Further, in the heat exchange body 1, the ceramic sintered body is a silicon carbide based ceramic sintered body, and the heat exchange body 1 further includes an antioxidant layer (not shown) of silicate glass formed on the surface of the partition wall 17. It has.

このような熱交換体1は、次のような製造方法によって製造することができる。すなわち、第一実施形態の熱交換体1の製造方法(第一実施形態の製造方法)は、セラミックス原料で、単一の軸方向に延びて列設された隔壁17により区画された複数のセル15を備えるハニカム構造の成形体を成形する成形工程と、成形体を焼成し、セラミックス焼結体のセグメント10を得る焼成工程と、セグメント10においてセル15が開口する一対の第一端面11及び第二端面12のうち一方の第一端面11側で、セル15の一列おきに、同一の列に属するセル15を区画する複数の隔壁17を第一端面11から同一の長さ切除し、軸方向に直交する方向に貫通し軸方向の長さが一定である複数の第一スリット21を形成すると共に、一対の第一端面11及び第二端面12のうち他方の第二端面12側で、第一スリット21が形成されたセル15とは異なる列に属するセル15を区画する複数の隔壁17を第二端面12から同一の長さ切除し、軸方向に直交する方向に貫通し軸方向の長さが一定である複数の第二スリット22を形成するスリット形成工程と、それぞれの第一スリット21の第一端面11側の開口、及び、第一スリット21の第一側面13側の開口と第二側面14側の開口のうち、第二側面14側の開口のみを封止すると共に、それぞれの第二スリット22の第二端面12側の開口、及び、第二スリット22の第一側面13側の開口と第二側面14側の開口のうち、第一側面13側の開口のみを封止する封止工程とを具備している。   Such a heat exchanger 1 can be manufactured by the following manufacturing method. That is, the manufacturing method of the heat exchange element 1 according to the first embodiment (the manufacturing method according to the first embodiment) is a ceramic raw material, and is a plurality of cells partitioned by partition walls 17 extending in a single axial direction. 15, a forming step of forming a formed body having a honeycomb structure, a firing step of firing the formed body to obtain a segment 10 of a ceramic sintered body, a pair of first end surfaces 11 and first openings 11 in which the cells 15 are opened in the segment 10. A plurality of partition walls 17 partitioning cells 15 belonging to the same row are cut out from the first end surface 11 to the same length on every other row of cells 15 on the first end surface 11 side of the two end surfaces 12, and axial direction A plurality of first slits 21 penetrating in a direction perpendicular to the first axis 21 and having a constant axial length, and the second end face 12 side of the pair of first end faces 11 and second end faces 12 One slit 21 is in shape The plurality of partition walls 17 partitioning the cells 15 belonging to a different column from the formed cell 15 are excised from the second end face 12 by the same length, penetrated in a direction orthogonal to the axial direction, and the axial length is constant. A slit forming step for forming a plurality of second slits 22, an opening on the first end face 11 side of each first slit 21, and an opening on the first side face 13 side and the second side face 14 side of the first slit 21. Among the openings, only the opening on the second side face 14 side is sealed, the opening on the second end face 12 side of each second slit 22, the opening on the first side face 13 side of the second slit 22 and the second side. A sealing step of sealing only the opening on the first side surface 13 side out of the side surface 14 side opening.

また、本実施形態の製造方法は、上記において、セラミックス原料は、焼成により炭化珪素質セラミックス焼結体となるものであり、焼成工程は非酸化性雰囲気下で行われると共に、封止工程の前または後に行われ、二酸化珪素を含有する酸化防止剤を隔壁17の表面に被覆し、隔壁17の表面に酸化防止剤が被覆されたセグメント10を加熱し、酸化防止剤を珪酸系ガラスの酸化防止層として隔壁17の表面に固着させる酸化防止層形成工程を、更に具備するものである。   Further, in the manufacturing method of the present embodiment, in the above, the ceramic raw material becomes a silicon carbide ceramic sintered body by firing, and the firing step is performed in a non-oxidizing atmosphere and before the sealing step. Alternatively, the surface of the partition wall 17 is coated with an antioxidant containing silicon dioxide, the segment 10 whose surface is coated with the antioxidant is heated, and the antioxidant is used to prevent oxidation of the silicate glass. The method further includes a step of forming an antioxidant layer that adheres to the surface of the partition wall 17 as a layer.

より詳細に説明すると、成形工程では、焼成により炭化珪素質セラミックス焼結体となる原料を、バインダ、界面活性化剤等の添加剤と共に水と混合して混練物とし、これを押出成形することにより、ハニカム構造の成形体を得る。ここで、原料としては、骨材となる炭化珪素粉末と、炭化珪素を生成する珪素源と炭素源との混合原料を使用することができる。骨材としての炭化珪素粉末は、混合原料に対して65質量%〜95質量%とすることができる。骨材としての炭化珪素粉末の割合が65質量%より小さい場合は、得られる焼結体の強度が低いものとなり易い。一方、95質量%より多い場合は、焼結しにくい成形体となり易い。なお、骨材としての炭化珪素粉末の混合原料に対する割合は、75質量%〜85質量%であれば、上記の相反する作用の調和が取れ、より望ましい。   More specifically, in the forming step, the raw material that becomes a silicon carbide ceramic sintered body by firing is mixed with water together with additives such as a binder and a surfactant to form a kneaded product, and this is extruded. Thus, a formed article having a honeycomb structure is obtained. Here, as a raw material, the mixed raw material of the silicon carbide powder used as an aggregate, the silicon source which produces | generates silicon carbide, and a carbon source can be used. The silicon carbide powder as the aggregate can be 65% by mass to 95% by mass with respect to the mixed raw material. When the ratio of the silicon carbide powder as the aggregate is smaller than 65% by mass, the strength of the obtained sintered body tends to be low. On the other hand, when it is more than 95% by mass, it tends to be a molded body that is difficult to sinter. In addition, if the ratio with respect to the mixed raw material of the silicon carbide powder as an aggregate is 75 mass%-85 mass%, the said conflicting effect | action can be taken and it is more desirable.

炭化珪素を生成する珪素源と炭素源については、珪素と炭素とのモル比(Si/C)が1のときに化学量論的に過不足なく炭化珪素が生成するが、Si/Cを0.5〜1.5とすることが望ましい。Si/Cが0.5より小さい場合は、残存する炭素分が多過ぎ、粗大気孔の原因となると共に生成した炭化珪素の粒子成長が阻害されるおそれがある。一方、Si/Cが1.5より大きい場合は、生成する炭化珪素の量が少なく、反応焼結が不十分となり易い。なお、Si/Cは、0.8〜1.2であれば、珪素及び炭素の過剰分または不足分が少なく、より望ましい。なお、珪素源としては、窒化珪素、珪素(単体の珪素)を使用可能であり、炭素源としては、黒鉛、石炭、コークス、木炭などを例示することができる。   With respect to the silicon source and carbon source that generate silicon carbide, when the molar ratio of silicon to carbon (Si / C) is 1, silicon carbide is generated in a stoichiometric amount, but Si / C is reduced to 0. .5 to 1.5 is desirable. When Si / C is less than 0.5, the remaining carbon content is excessive, which may cause rough atmospheric pores and inhibit the growth of the generated silicon carbide particles. On the other hand, when Si / C is larger than 1.5, the amount of silicon carbide produced is small, and reactive sintering tends to be insufficient. In addition, if Si / C is 0.8-1.2, there is little excess or deficiency of silicon and carbon, and it is more desirable. Note that silicon nitride and silicon (single silicon) can be used as the silicon source, and examples of the carbon source include graphite, coal, coke, and charcoal.

成形工程の後で焼成工程の前に、得られた成形体を乾燥させる乾燥工程を行ってもよい。このような乾燥工程は、調温調湿槽内での送風乾燥、外部加熱乾燥、マイクロ波照射による内部加熱乾燥等により行うことができる。
焼成工程では、加熱炉を非酸化性雰囲気として、1800℃〜2300℃の所定温度で一定時間保持する。焼成温度が1800℃より低い場合は反応焼結が不十分となるおそれがあり、2350℃を超えると炭化珪素が昇華するおそれがある。焼成温度は2000℃〜2200℃とすれば、比較的短時間で十分な強度の焼結体を得ることができるため、より望ましい。焼結時間は成形体のサイズにもよるが、例えば、30分から3時間とすることができる。
You may perform the drying process which dries the obtained molded object after a formation process and before a baking process. Such a drying process can be performed by air drying in a temperature-controlled humidity control tank, external heating drying, internal heating drying by microwave irradiation, or the like.
In the firing step, the heating furnace is maintained in a non-oxidizing atmosphere at a predetermined temperature of 1800 ° C. to 2300 ° C. for a predetermined time. If the firing temperature is lower than 1800 ° C, reactive sintering may be insufficient, and if it exceeds 2350 ° C, silicon carbide may sublime. A firing temperature of 2000 ° C. to 2200 ° C. is more desirable because a sintered body with sufficient strength can be obtained in a relatively short time. The sintering time depends on the size of the molded body, but can be, for example, 30 minutes to 3 hours.

なお、焼成工程の後、封止工程及び酸化防止層形成工程の前に、焼成工程において炭化珪素の生成反応に使用されずに残留しているおそれのある炭素源を燃焼除去する目的で、脱炭工程を設けることができる。この脱炭工程は、酸化雰囲気下(空気雰囲気下)で、600℃〜1200℃の温度で1時間〜15時間保持することにより行うことができる。この程度の加熱温度及び保持時間であれば、脱炭工程では炭化珪素の酸化はほとんど生じない。   In addition, after the firing step, before the sealing step and the antioxidant layer forming step, it is removed for the purpose of burning and removing carbon sources that may remain in the firing step without being used in the silicon carbide formation reaction. A charcoal process can be provided. This decarburization step can be performed by holding at a temperature of 600 ° C. to 1200 ° C. for 1 hour to 15 hours in an oxidizing atmosphere (in an air atmosphere). With such a heating temperature and holding time, silicon carbide is hardly oxidized in the decarburization step.

上記の工程を経て、ハニカム構造を有する炭化珪素質セラミックス焼結体のセグメント10が得られる。なお、セグメント10の長さ(セル15の軸方向の長さ)は、100mm〜500mmとすることができる。長さが100mmより短い場合は、流体が流通するセル15の軸方向の長さが短くなり、熱交換の効率が低下するおそれがある。一方、長さが500mmより長い場合は、ハニカム構造のセグメント10において温度勾配が生じ易く、熱応力により亀裂や割れが生じ易くなるおそれがある。   Through the above steps, a segment 10 of a silicon carbide based ceramic sintered body having a honeycomb structure is obtained. The length of the segment 10 (the length of the cell 15 in the axial direction) can be set to 100 mm to 500 mm. When the length is shorter than 100 mm, the axial length of the cell 15 through which the fluid flows is shortened, and the heat exchange efficiency may be reduced. On the other hand, when the length is longer than 500 mm, a temperature gradient is likely to occur in the segment 10 of the honeycomb structure, and there is a possibility that cracks and cracks are likely to occur due to thermal stress.

また、ハニカム構造のセル密度は、特に限定されるものではないが、50cpsi〜500cpsi(セル/平方インチ)とすることが望ましい。この範囲とすることで、圧力損失の増大を抑制しつつ、セグメント10の機械的強度を担保することができる。
「スリット形成工程」では、セグメント10の第一端面11から第二端面12側に向かって切り込むように、セル15の一列おきに隔壁17を切除し、第一側面13から第二側面14まで貫通する第一スリット21を形成する。また、セグメント10の第二端面12から第一端面11側に向かって切り込むように、セル15の一列おきに隔壁17を切除し、第一側面13から第二側面14まで貫通する第二スリット22を形成する。このとき、第一スリット21が形成されるセル15の列と、第二スリット22が形成されるセル15の列とは、異なる列すなわち隣り合う列とする。
The cell density of the honeycomb structure is not particularly limited, but is desirably 50 cpsi to 500 cpsi (cell / square inch). By setting it as this range, the mechanical strength of the segment 10 can be ensured while suppressing an increase in pressure loss.
In the “slit forming step”, the partition walls 17 are cut every other row of the cells 15 so as to cut from the first end surface 11 to the second end surface 12 side of the segment 10, and penetrate from the first side surface 13 to the second side surface 14. The first slit 21 is formed. Moreover, the partition 17 is excised every other row of the cells 15 so as to cut from the second end surface 12 of the segment 10 toward the first end surface 11, and the second slit 22 penetrates from the first side surface 13 to the second side surface 14. Form. At this time, the column of cells 15 in which the first slits 21 are formed and the column of cells 15 in which the second slits 22 are formed are different columns, that is, adjacent columns.

第一スリット21の切込み深さ、すなわち、軸方向で隔壁17が切断される長さは、同一の列に属するセル15間で同一とすると共に、本実施形態では異なる列に属するセル15間でも同一としている。また、第二スリット22の切込み深さも、同一の列に属するセル15間で同一とすると共に、本実施形態では異なる列に属するセル15間でも同一としている。加えて、本実施形態では、第一スリット21の切込み深さと、第二スリット22の切込み深さとを同一としている。なお、第一スリット21及び第二スリット22の切込み深さは、セグメント10の全長の1/3〜1/10とすれば、機械的強度の低下を抑制して第一スリット21及び第二スリット22を形成することができ、望ましい。   The cutting depth of the first slit 21, that is, the length by which the partition wall 17 is cut in the axial direction is the same between the cells 15 belonging to the same column, and in the present embodiment, also between the cells 15 belonging to different columns. Identical. In addition, the cutting depth of the second slit 22 is the same between the cells 15 belonging to the same column, and in the present embodiment, it is the same between the cells 15 belonging to different columns. In addition, in this embodiment, the cutting depth of the first slit 21 and the cutting depth of the second slit 22 are the same. In addition, if the cutting depth of the 1st slit 21 and the 2nd slit 22 shall be 1/3-1/10 of the full length of the segment 10, the fall of mechanical strength will be suppressed and the 1st slit 21 and the 2nd slit 22 can be formed and is desirable.

「封止工程」では、第一スリット21の第一端面11側の開口、及び、第二側面14側の開口を封止剤で封止すると共に、第二スリット22の第二端面12側の開口、及び、第一側面13側の開口を封止剤で封止する。ここで、封止剤としては、例えば、炭化珪素粉末に、アルミナ粉末及びシリカ粉末等を混合しペースト状としたものを使用することができる。封止後、セグメント10を熱処理または焼成することにより、封止剤が固化して緻密化され、第一封止部31及び第二封止部32が形成される。ここで、封止剤を固化し緻密化させる熱処理は、空気雰囲気下で1000℃〜1200℃の温度で1時間〜5時間保持することにより行うことができる。   In the “sealing step”, the opening on the first end surface 11 side and the opening on the second side surface 14 side of the first slit 21 are sealed with a sealing agent, and the second slit 22 on the second end surface 12 side is sealed. The opening and the opening on the first side surface 13 side are sealed with a sealant. Here, as the sealing agent, for example, a paste obtained by mixing silicon carbide powder with alumina powder, silica powder, or the like can be used. After sealing, the segment 10 is heat-treated or fired, so that the sealing agent is solidified and densified, and the first sealing portion 31 and the second sealing portion 32 are formed. Here, the heat treatment for solidifying and densifying the sealant can be performed by holding at a temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C. for 1 hour to 5 hours in an air atmosphere.

「酸化防止層形成工程」は、封止工程の前または後に行うことができる。この酸化防止層形成工程は、酸化防止剤で隔壁17の表面を被覆する被覆工程と、酸化防止剤の被覆後にセグメント10を加熱し、酸化防止剤を珪酸系ガラスの酸化防止層として隔壁17の表面に固着させるガラス化工程とからなる。
被覆工程は、酸化防止剤をセグメント10に含浸させる工程とすることができ、この場合はまず、密閉できる容器内にセグメント10を収容し、容器内の空気を真空ポンプ等で吸引する。次に、開閉弁付きのパイプやホースを介して、密閉容器内に酸化防止剤を導入する。酸化防止剤としては、二酸化珪素の粉末に上記の副成分を添加し、水を加えて適度な粘度とした懸濁液を使用する。これにより、セグメント10の外表面及び隔壁17の表面が酸化防止剤によって被覆される。また、隔壁17が多孔質であっても、開気孔の内部まで酸化防止剤が浸入する。
The “antioxidation layer forming step” can be performed before or after the sealing step. This antioxidant layer forming step includes a coating step of coating the surface of the partition wall 17 with an antioxidant, and heating the segment 10 after coating of the antioxidant, and using the antioxidant as an antioxidant layer of silicate glass, A vitrification step for fixing to the surface.
The covering step can be a step of impregnating the segment 10 with the antioxidant. In this case, first, the segment 10 is accommodated in a container that can be sealed, and the air in the container is sucked with a vacuum pump or the like. Next, an antioxidant is introduced into the sealed container through a pipe or hose with an on-off valve. As the antioxidant, a suspension in which the above-mentioned subcomponents are added to silicon dioxide powder and water is added to obtain an appropriate viscosity is used. Thereby, the outer surface of the segment 10 and the surface of the partition wall 17 are covered with the antioxidant. Even if the partition wall 17 is porous, the antioxidant penetrates into the open pores.

なお、酸化防止剤としては、上記の副成分に加えて、炭化珪素の粉末を混合した酸化防止剤を使用することができる。酸化防止剤に含有される炭化珪素は、焼結体を構成する炭化珪素より酸化され易く、加熱下で酸化されて二酸化珪素となり易い。そして、生成したばかりの二酸化珪素は、酸化防止剤に最初から含まれている二酸化珪素より反応性が高く、ガラス化し易い。従って、酸化防止剤に炭化珪素を含有させておくことにより、ガラス化工程において珪酸系ガラスの酸化防止層を、効率良く形成させることができる。   As the antioxidant, in addition to the subcomponents described above, an antioxidant mixed with silicon carbide powder can be used. Silicon carbide contained in the antioxidant is more easily oxidized than silicon carbide constituting the sintered body, and is easily oxidized to silicon dioxide by heating. And the silicon dioxide just produced | generated has the higher reactivity than the silicon dioxide contained from the beginning in antioxidant, and is easy to vitrify. Therefore, by containing silicon carbide in the antioxidant, it is possible to efficiently form the antioxidant layer of the silicate glass in the vitrification step.

ガラス化工程では、含浸させた酸化防止剤中の水分を除去する乾燥処理を行った後、酸化防止剤を珪酸系ガラスの酸化防止層とする加熱を行う。この加熱は、例えば、酸化防止剤を含浸させたセグメント10を、空気雰囲気下で温度800℃〜1200℃で1時間〜30時間加熱することにより行うことができる。この加熱によって酸化防止剤は珪酸系ガラスとなり軟化してセグメント10の表面(隔壁17及び側面の表面)に密着し、その後の冷却により固化して、緻密な酸化防止層となる。   In the vitrification step, after performing a drying treatment to remove moisture in the impregnated antioxidant, heating is performed using the antioxidant as an antioxidant layer of silicate glass. This heating can be performed, for example, by heating the segment 10 impregnated with the antioxidant at a temperature of 800 ° C. to 1200 ° C. for 1 hour to 30 hours in an air atmosphere. By this heating, the antioxidant becomes silicate glass, softens and adheres to the surface of the segment 10 (the partition wall 17 and the side surface), and then solidifies by cooling to form a dense antioxidant layer.

上記の工程を経て製造された熱交換体1では、図3(a)にX−X線端面図を示すように、第一端面11側で第一側面13に開口している第一スリット21は、第二端面12に開口しているセル15と連通している。また、図3(b)にY−Y端面図を示すように、第二端面12側で第二側面14に開口している第二スリット22は、第一端面11に開口しているセル15と連通している。従って、第一端面11に開口しているセル15から流入し、第二スリット22から流出する第一の流体と、第二端面12に開口しているセル15から流入し、第一スリット21から流出する第二の流体との間で、隔壁17を介して熱交換することができる。そして、第一の流体と第二の流体とは、単一の軸方向に延びるセル15内を反対方向に流通するため、隔壁17を介して接触している時間が長く、高い効率で熱交換することができる。   In the heat exchanger 1 manufactured through the above steps, as shown in FIG. 3A, an end view of the XX line, the first slit 21 opened to the first side surface 13 on the first end surface 11 side. Is in communication with the cell 15 opening in the second end face 12. 3B, the second slit 22 opened to the second side face 14 on the second end face 12 side is a cell 15 opened to the first end face 11. As shown in FIG. Communicated with. Accordingly, the first fluid that flows in from the cell 15 that opens to the first end surface 11 and flows out from the second slit 22 and the cell 15 that flows from the cell 15 that opens to the second end surface 12, Heat can be exchanged with the second fluid flowing out through the partition wall 17. And since the 1st fluid and the 2nd fluid distribute | circulate in the opposite direction in the cell 15 extended in the single axial direction, the time which has contacted via the partition 17 is long, and heat exchange is carried out with high efficiency. can do.

実際に、第一実施形態の熱交換体1の実施例と、従来技術として上述した特許文献3や特許文献4と同様に作成した比較例について、熱交換率を測定して対比したところ、後述のように、本実施形態の熱交換体では、熱交換率がより高いものとなっていることが確認された。
そして、第一スリット21が形成されたセル15と第二スリット22が形成されたセル15とは、異なる列のセル15である。そのため、何れの列も、スリットの形成のために隔壁17が切除されているのは、第一端面11側及び第二端面12側のうち一方のみであり、他方では端面に至るまで隔壁17が存在する。これにより、第一スリット21及び第二スリット22を形成することによってセグメント10の機械的強度が低下するおそれが低減され、機械的強度が高い熱交換体1とすることができる。
Actually, the heat exchange rate of the example of the heat exchange element 1 of the first embodiment and the comparative example created in the same manner as the above-described Patent Document 3 and Patent Document 4 are compared and measured as described below. As described above, it was confirmed that the heat exchange element of the present embodiment has a higher heat exchange rate.
And the cell 15 in which the 1st slit 21 was formed, and the cell 15 in which the 2nd slit 22 was formed are the cells 15 of a different row | line | column. For this reason, in each row, the partition wall 17 is cut out only for one of the first end surface 11 side and the second end surface 12 side to form a slit, and on the other side, the partition wall 17 extends to the end surface. Exists. Thereby, the possibility that the mechanical strength of the segment 10 is reduced by forming the first slit 21 and the second slit 22 is reduced, and the heat exchanger 1 having high mechanical strength can be obtained.

特に、本実施形態では、第一スリット21及び第二スリット22をそれぞれ形成するために隔壁17が切除された長さが等しく、切除された後の隔壁17の長さが熱交換体1において全て等しい。そして第一スリット21と第二スリット22は、セル15の列の一列おきに形成されていると共に、第一スリット21が開口している方向と第二スリット22が開口している方向とが反対であり、熱交換体1は対称の構成である。これにより、機械的強度の高い部分と低い部分とが偏在することのない、機械的強度が均一な構成となっている。   In particular, in the present embodiment, the lengths of the partition walls 17 cut out to form the first slit 21 and the second slit 22 are equal, and the lengths of the partition walls 17 after the cutting are all in the heat exchanger 1. equal. The first slits 21 and the second slits 22 are formed every other row of the cells 15, and the direction in which the first slits 21 are opened is opposite to the direction in which the second slits 22 are opened. The heat exchanger 1 has a symmetrical configuration. Thereby, it is the structure with uniform mechanical strength in which the part with high mechanical strength and the low part do not unevenly distribute.

また、本実施形態では、セグメント10が炭化珪素質セラミックス焼結体であるため、熱伝導率が高い。そのため、第一の流体と第二の流体との間で、隔壁17を介して、より高い効率で熱交換させることができる。加えて、炭化珪素は熱伝導率が高いと共に熱膨張率が小さいため、耐熱衝撃性に優れる。そのため、本実施形態の熱交換体1は、高温の流体を流通させることにより高温となる熱交換体1として適している。一方、炭化珪素は酸素の存在下で高温に加熱されることにより酸化してしまうところ、本実施形態の熱交換体1の表面には珪酸系ガラスの酸化防止層が形成されているため、酸化反応が有効に防止されている。   Moreover, in this embodiment, since the segment 10 is a silicon carbide ceramic sintered body, the thermal conductivity is high. Therefore, heat can be exchanged between the first fluid and the second fluid through the partition wall 17 with higher efficiency. In addition, since silicon carbide has a high thermal conductivity and a low coefficient of thermal expansion, it has excellent thermal shock resistance. Therefore, the heat exchange element 1 of the present embodiment is suitable as the heat exchange element 1 that becomes high temperature by circulating a high-temperature fluid. On the other hand, when silicon carbide is oxidized by being heated to a high temperature in the presence of oxygen, an antioxidation layer of silicate glass is formed on the surface of the heat exchange element 1 of the present embodiment. The reaction is effectively prevented.

上記の製造方法で、セル数が224×224で長さが15cmのセグメントの焼結体を得て、第一スリット及び第二スリットの長さがそれぞれ5cmの熱交換体を作成し、実施例とした。実施例と同様の原料から、スリット形成工程を除き実施例と同様の製造工程を経て、セル数が224×224で長さが15cmのセグメントの焼結体を得た。これを、図8(a),(b)を用いて上述したように、セルの一列おきに、軸方向の一方の端部側で隔壁を斜めに切除した上で、軸方向の端部を封止することにより、一対の側面の一方のみに開口すると共に、開口端に向かって拡大する合流路を形成すると共に、それと隣接する列で、軸方向の他方の端部側で隔壁を斜めに切除した上で、軸方向の端部を封止することにより、他方の側面のみに開口すると共に、開口端に向かって拡大する合流路を形成し、比較例1とした。比較例1では、合流路の開口端の長さ、すなわち、隔壁が最も長く切除される長さを、5cmとした。さらに、比較例2として、実施例と同様の原料から、スリット形成工程を除き実施例と同様の製造工程を経て、セル数が224×224で長さが15cmのセグメントの焼結体を得た。比較例2においては、スリット形成工程で、図10に示すように、軸方向の両方の端部101、101で、セルの一列おきに、隔壁105をセルの延在方向に対して直角に切除してスリットを形成し、これを合流路120となし、この合流路120のセグメント両端面の開口、および、セグメント両端側でセグメントの側面102に開口する二対の開口のうち各対について一方の開口のみを封止して封止部110とした。つまり、比較例2では、スリットはセルの同一列について両端部101、101にそれぞれ形成されており、これが2つの開口端121、121も同一列のセルについて設けてある。   In the above manufacturing method, a sintered body of a segment having a cell number of 224 × 224 and a length of 15 cm was obtained, and a heat exchanger having a first slit and a second slit each having a length of 5 cm was prepared. It was. A segment sintered body having a cell number of 224 × 224 and a length of 15 cm was obtained from the same raw material as in the example through the same manufacturing process as in the example except for the slit forming step. As described above with reference to FIGS. 8 (a) and 8 (b), after every other row of cells, the partition wall is obliquely cut off at one end side in the axial direction, and the end in the axial direction is then removed. By sealing, an opening is formed on only one of the pair of side surfaces, and a confluence channel that expands toward the opening end is formed, and a partition is obliquely formed on the other end side in the axial direction in a row adjacent thereto. After excision, the end in the axial direction was sealed to form a joint channel that opened only on the other side surface and expanded toward the opening end. In Comparative Example 1, the length of the opening end of the combined flow path, that is, the length at which the partition wall was cut longest was 5 cm. Further, as Comparative Example 2, a sintered body of a segment having a cell number of 224 × 224 and a length of 15 cm was obtained from the same raw material as in the Example through the same manufacturing process as in the Example except for the slit forming process. . In Comparative Example 2, in the slit forming step, as shown in FIG. 10, the partition walls 105 are cut at right angles to the cell extending direction at every other row of cells 101 and 101 at every other end 101, 101 in the axial direction. To form a slit, and this is formed as a combined flow path 120. One of the pairs of openings of the combined flow path 120 at both ends of the segment, and two pairs of openings that open to the side surface 102 of the segment at both ends of the segment. Only the opening was sealed to form a sealing portion 110. That is, in Comparative Example 2, the slits are formed at both ends 101 and 101 for the same row of cells, respectively, and two opening ends 121 and 121 are also provided for the cells of the same row.

実施例、及び、比較例1、2について、JIS B8628に則り熱交換率を測定した。その結果として得られた。それぞれの例の熱交換率の比較のグラフを図6に示す。ここで、比較例1の熱交換率に対する比として、それぞれの例の(熱交換率)/(比較例1の熱交換率)の値を熱回収比として図6のグラフの縦軸に示した。実施例の熱回収比は1.95であり、大幅に熱交換率が上昇していた。比較例2の熱交換率は、比較例1に対しては上昇しているものの、実施例には及ばなかった。   About Example and Comparative Examples 1 and 2, the heat exchange rate was measured according to JISB8628. As a result. The graph of the comparison of the heat exchange rate of each example is shown in FIG. Here, as a ratio to the heat exchange rate of Comparative Example 1, the value of (heat exchange rate) / (heat exchange rate of Comparative Example 1) of each example is shown as the heat recovery ratio on the vertical axis of the graph of FIG. . The heat recovery ratio of the example was 1.95, and the heat exchange rate was significantly increased. Although the heat exchange rate of Comparative Example 2 was higher than that of Comparative Example 1, it did not reach that of Example.

このような実施例の比較例1に対する熱交換率の大幅な上昇は、図7に示すように、実施例の熱交換体では第一の流体と第二の流体それぞれの流量がほぼ等しく、その比が熱交換体の全体にわたり均一であるためと考えられた。ここで、図7は、熱交換体を軸方向に沿って半分にした仮想的な分割体(セル列112個)について、第一流体が流通する56個のセル列、及び、第二流体が流通する56個のセル列のそれぞれについて、流体の流量を測定し、N個め(N=1〜56)のセル列同士で比を求めたものである。   As shown in FIG. 7, the significant increase in the heat exchange rate of Comparative Example 1 in this example is that the flow rates of the first fluid and the second fluid are almost equal in the heat exchange body of the example. The ratio was considered to be uniform throughout the heat exchanger. Here, FIG. 7 is a diagram illustrating a virtual divided body (112 cell rows) in which the heat exchange body is halved along the axial direction. For each of the 56 cell rows that circulate, the flow rate of the fluid was measured, and the ratio was determined between the Nth cell rows (N = 1 to 56).

図7から明らかなように、実施例では第一の流体と第二の流体の流量の比は熱交換体の全体にわたりほぼ1であり、セル列の位置によらず、第一の流体と第二の流体それぞれの流量がほぼ等しいことが分かる。これは、実施例では、第一スリット及び第二スリットを形成するために切除された後に残った隔壁の長さが、熱交換体の全てにおいて等しく、熱交換のために第一の流体が流通する流路の長さと、第二の流体が流通する流路の長さが、熱交換体の全てにおいて等しいためと考えられた。一方、比較例では、流体の流れに偏りが生じており、第一の流体は流れやすいが第二の流体は流れにくい部分、逆に、第二の流体は流れやすいが第一の流体は流れにくい部分で、熱交換がスムーズには行われていないと考えられた。これは、合流路の形成のために、隔壁が斜めに切除されていることに起因していると考えられた。   As apparent from FIG. 7, in the embodiment, the ratio of the flow rates of the first fluid and the second fluid is substantially 1 throughout the heat exchanger, and the first fluid and the second fluid are independent of the position of the cell row. It can be seen that the flow rates of the two fluids are approximately equal. This is because, in the embodiment, the length of the partition remaining after being cut to form the first slit and the second slit is equal in all the heat exchangers, and the first fluid flows for heat exchange. This is considered to be because the length of the flow path to be used and the length of the flow path through which the second fluid flows are equal in all the heat exchangers. On the other hand, in the comparative example, the flow of the fluid is biased, and the first fluid flows easily but the second fluid does not flow easily. Conversely, the second fluid easily flows but the first fluid flows. It was thought that heat exchange was not performed smoothly in the difficult part. This was thought to be due to the fact that the partition walls were cut obliquely for the formation of the combined flow path.

また、実施例が比較例2に比べて熱交換率が大きい理由は、実施例は比較例2に比べて熱交換が行われる隔壁の断面積が大きいことに起因すると考えられる。
次に、本発明の第二実施形態の熱交換体2について、図4及び図5を用いて説明する。第一実施形態の熱交換体1との相違は、第一実施形態では第一スリット21と第二スリット22が異なる側面に開口していたところ(第一スリット21が第一側面13に開口し、第二スリット22が第二側面14に開口)、第二実施形態では第一スリット21と第二スリット22が同一の側面である第一側面13に開口している点である。
Further, the reason why the heat exchange rate of the example is larger than that of the comparative example 2 is considered to be that the example has a larger sectional area of the partition wall where heat exchange is performed than the comparative example 2.
Next, the heat exchange body 2 of 2nd embodiment of this invention is demonstrated using FIG.4 and FIG.5. The difference from the heat exchanger 1 of the first embodiment is that in the first embodiment, the first slit 21 and the second slit 22 are opened on different side surfaces (the first slit 21 is opened on the first side surface 13. The second slit 22 is opened on the second side surface 14). In the second embodiment, the first slit 21 and the second slit 22 are opened on the first side surface 13, which is the same side surface.

このような構成の熱交換体2の製造方法は、封止工程を除き、第一実施形態の製造方法と同じである。第二実施形態の封止工程では、第一スリット21の第一端面11側の開口、及び、第二側面14側の開口を封止剤で封止すると共に、第二スリット22の第二端面12側の開口、及び、第二側面14側の開口を封止剤で封止する。
熱交換体2の平面図及び底面図は、それぞれ図2(a)及び図2(b)に示した熱交換体1の平面図及び底面図と同一であり、熱交換体2のX−X線端面図を図5(a)に、Y−Y線端面図を図5(b)に示す。これらの図から分かるように、第二実施形態の熱交換体2でも、第一実施形態の熱交換体1と同様に、第一端面11に開口しているセル15から流入し、第二スリット22から流出する第一の流体と、第二端面12に開口しているセル15から流入し、第一スリット21から流出する第二の流体との間で、隔壁17を介して熱交換することができる。そして、第一の流体と第二の流体とは、単一の軸方向に延びるセル15内を逆方向に流通するため、隔壁17を介して接触している時間が長く、高い効率で熱交換することができる。
The manufacturing method of the heat exchange element 2 having such a configuration is the same as the manufacturing method of the first embodiment except for the sealing step. In the sealing step of the second embodiment, the opening on the first end surface 11 side of the first slit 21 and the opening on the second side surface 14 side are sealed with a sealant, and the second end surface of the second slit 22 is sealed. The opening on the 12 side and the opening on the second side surface 14 side are sealed with a sealant.
The plan view and the bottom view of the heat exchange element 2 are the same as the plan view and the bottom view of the heat exchange element 1 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), respectively. A line end view is shown in FIG. 5 (a), and a YY line end view is shown in FIG. 5 (b). As can be seen from these drawings, in the heat exchange element 2 of the second embodiment, as in the heat exchange element 1 of the first embodiment, the air flows from the cell 15 opened in the first end surface 11 and the second slit. Heat exchange is performed between the first fluid flowing out from 22 and the second fluid flowing in from the cell 15 opened in the second end face 12 and flowing out from the first slit 21 via the partition wall 17. Can do. And since the 1st fluid and the 2nd fluid distribute | circulate in the reverse direction in the cell 15 extended in the single axial direction, the time which has contacted via the partition 17 is long, and heat exchange is carried out with high efficiency. can do.

第一スリット21が開口する側面と第二スリット22が開口する側面が異なっている第一実施形態の熱交換体1では、熱交換後に第一スリット21及び第二スリット22のそれぞれから排出される温度差のある流体の排出方向が異なるため、その温度差を維持し易い利点がある。一方、第一スリット21が開口する側面と第二スリット22が開口する側面が同一である第二実施形態の熱交換体2の場合は、第一スリット21の開口及び第二スリット22の開口それぞれに連通させるパイプなどを含めた熱交換器の全体を、コンパクトにすることができる利点がある。   In the heat exchange element 1 of the first embodiment in which the side surface on which the first slit 21 opens and the side surface on which the second slit 22 opens are different, the heat is exchanged from each of the first slit 21 and the second slit 22 after heat exchange. Since the discharge directions of fluids having a temperature difference are different, there is an advantage that the temperature difference can be easily maintained. On the other hand, in the case of the heat exchange element 2 of the second embodiment in which the side surface where the first slit 21 opens and the side surface where the second slit 22 opens are the same, the opening of the first slit 21 and the opening of the second slit 22 respectively. There is an advantage that the entirety of the heat exchanger including the pipe that communicates with can be made compact.

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。
例えば、上記の実施形態では、セグメントの形状が四角柱状の場合を例示したが、これに限定されず、円柱状や楕円柱状とすることができる。円柱状や楕円柱状のセグメントでは側面は連続した面となるが、第一スリット及び第二スリットの延びる方向に直交する方向にセグメントを二分割した場合を想定し、その仮想的な二つの分割体の側面にそれぞれ開口するスリットの一対の開口のうち、一方のみを封止すればよい。そして、側面側で第一スリットの開口が封止される仮想的な分割体と、側面側で第二スリットの開口が封止される仮想的な分割体は、同一であっても異なっていても良い。
The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various improvements can be made without departing from the scope of the present invention as described below. And design changes are possible.
For example, in the above-described embodiment, the case where the shape of the segment is a quadrangular prism is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the segment may be a columnar shape or an elliptical columnar shape. In the case of a columnar or elliptical column-shaped segment, the side surface is a continuous surface. Only one of the pair of openings of the slits that respectively open on the side surfaces of the slits may be sealed. The virtual divided body in which the opening of the first slit is sealed on the side surface side and the virtual divided body in which the opening of the second slit is sealed on the side surface side are different even if they are the same. Also good.

1,2 熱交換体
10 セグメント
11 第一端面
12 第二端面
15 セル
17 隔壁
21 第一スリット
22 第二スリット
31 第一封止部
32 第二封止部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Heat exchanger 10 Segment 11 1st end surface 12 2nd end surface 15 Cell 17 Partition 21 First slit 22 Second slit 31 First sealing part 32 Second sealing part

Claims (4)

単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造に形成されたセラミックス焼結体のセグメントが、
前記セルが開口する一対の端面のうち一方の第一端面側で、前記セルの一列おきに、同一の列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁が前記第一端面から同一の長さ除かれて形成された、前記軸方向に直交する方向に貫通していると共に前記軸方向の長さが一定である複数の第一スリットと、
前記一対の端面のうち他方の第二端面側で、前記第一スリットが形成された前記セルとは異なる列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁が前記第二端面から同一の長さ除かれて形成された、前記軸方向に直交する方向に貫通していると共に前記軸方向の長さが一定である複数の第二スリットと、
それぞれの前記第一スリットの前記第一端面側の開口を封止していると共に、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止している第一封止部と、
それぞれの前記第二スリットの前記第二端面側の開口を封止していると共に、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止している第二封止部とを具備することを特徴とする熱交換体。
A segment of a ceramic sintered body formed in a honeycomb structure having a plurality of cells partitioned by partition walls extending in a single axial direction,
A plurality of partition walls defining the cells belonging to the same row are separated from the first end surface by the same length on every other row of the cells on one first end surface side of the pair of end surfaces where the cells open. A plurality of first slits formed in a direction perpendicular to the axial direction and having a constant length in the axial direction;
Among the pair of end surfaces, on the other second end surface side, a plurality of the partition walls defining the cells belonging to a column different from the cell in which the first slit is formed are removed from the second end surface by the same length. A plurality of second slits formed in a direction perpendicular to the axial direction and having a constant length in the axial direction;
A first sealing portion that seals the opening on the first end surface side of each of the first slits and seals only one of the pair of side surface openings;
A second sealing portion that seals the opening on the second end face side of each of the second slits and seals only one of the pair of openings on the side face side. A heat exchanger characterized by.
前記セラミックス焼結体は、炭化珪素質セラミックス焼結体であり、
前記隔壁の表面に形成された珪酸系ガラスの酸化防止層を更に具備することを特徴とする請求項1に記載の熱交換体。
The ceramic sintered body is a silicon carbide ceramic sintered body,
The heat exchanger according to claim 1, further comprising an anti-oxidation layer of silicate glass formed on a surface of the partition wall.
セラミックス原料で、単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造の成形体を成形する成形工程と、
前記成形体を焼成し、セラミックス焼結体のセグメントを得る焼成工程と、
前記セグメントにおいて前記セルが開口する一対の端面のうち一方の第一端面側で、前記セルの一列おきに、同一の列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁を前記第一端面から同一の長さ切除し、前記軸方向に直交する方向に貫通し前記軸方向の長さが一定である複数の第一スリットを形成すると共に、前記一対の端面のうち他方の第二端面側で、前記第一スリットが形成された前記セルとは異なる列に属する前記セルを区画する複数の前記隔壁を前記第二端面から同一の長さ切除し、前記軸方向に直交する方向に貫通し前記軸方向の長さが一定である複数の第二スリットを形成するスリット形成工程と、
それぞれの前記第一スリットの前記第一端面側の開口、及び、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止すると共に、それぞれの前記第二スリットの前記第二端面側の開口、及び、側面側の一対の開口のうち一方の開口のみを封止する封止工程とを具備することを特徴とする熱交換体の製造方法。
A forming step of forming a honeycomb structure formed body comprising a plurality of cells partitioned by partition walls extending in a single axial direction and made of ceramic raw materials;
A firing step of firing the molded body to obtain a segment of a ceramic sintered body,
In the segment, on one first end surface side of the pair of end surfaces where the cells open, the plurality of partition walls that partition the cells belonging to the same row are arranged from the first end surface in the same row. A plurality of first slits having a length cut, penetrating in a direction perpendicular to the axial direction and having a constant length in the axial direction, and on the other second end face side of the pair of end faces, A plurality of the partition walls defining the cells belonging to a column different from the cell in which the first slit is formed are excised from the second end surface by the same length, and penetrated in a direction orthogonal to the axial direction to pass through the axial direction. Slit forming step of forming a plurality of second slits having a constant length,
Sealing only one of the pair of openings on the first end surface side of the first slit and the side surface side, and opening on the second end surface side of the second slit, And the sealing process which seals only one opening among a pair of opening by the side is comprised, The manufacturing method of the heat exchanger characterized by the above-mentioned.
前記セラミックス原料は、焼成により炭化珪素質セラミックス焼結体となるものであり、前記焼成工程は非酸化性雰囲気下で行われると共に、
前記封止工程の前または後に行われ、二酸化珪素を含有する酸化防止剤を前記隔壁の表面に被覆し、前記隔壁の表面に前記酸化防止剤が被覆された前記セグメントを加熱し、前記酸化防止剤を珪酸系ガラスの酸化防止層として前記隔壁の表面に固着させる酸化防止層形成工程を、更に具備することを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
The ceramic raw material becomes a silicon carbide ceramic sintered body by firing, and the firing step is performed in a non-oxidizing atmosphere,
Before or after the sealing step, the surface of the partition wall is coated with an antioxidant containing silicon dioxide, and the segment having the surface of the partition wall coated with the antioxidant is heated to prevent the oxidation The manufacturing method according to claim 3, further comprising an antioxidant layer forming step of fixing an agent as an antioxidant layer of silicate glass on the surface of the partition wall.
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