JP2019174011A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器の区画壁の損傷を抑制することができる。【解決手段】熱交換器１０は、筒状の周壁と、周壁の内部を、複数のガス流通路と複数の熱媒体流通路Ｒ２に区画する区画壁とを備え、ガス流通路を流通するガスと、熱媒体流通路Ｒ２を流通する液状の熱媒体との間で熱交換が行われる。熱媒体流通路Ｒ２は、熱媒体の流入口１５ａとして周壁に開口する流入路１４ａと、熱媒体の流出口１５ｂとして周壁に開口する流出路１４ｂと、熱媒体を貯留する貯留部１３とを備え、流入路１４ａ及び流出路１４ｂは、貯留部１３を介して連通している。【選択図】図４

Description

本発明は、熱交換器に関する。

特許文献１には、熱交換器について記載されている。
図１６（ａ）に示すように、熱交換器５０は、矩形筒状の周壁５１と、周壁５１の内部を周壁５１の軸方向に延びる複数の第１セル及び第２セル５３に区画する区画壁とを備えたハニカム形状に構成されている。周壁５１の軸方向に直交する断面において、第１セル及び第２セル５３はそれぞれ、縦方向に列をなすように配置されている。具体的には、図１６（ａ）の紙面左側から１列目、３列目、５列目及び７列目に第１セルが配置され、２列目、４列目、６列目及び８列目に第２セル５３が配置されている。

図１６（ｂ）に示すように、第１セル５２の両端部は封止されているとともに、周壁５１の同一面上の一端側と他端側とにおいて、周壁５１から区画壁５４に連続した開口５５、５６が形成されている。周壁５１の一端側の開口５５から流入した流体が、矢印Ｍに沿って複数の第１セル５２内を流れつつ、周壁５１の他端側の開口５６から流出することができるように構成されている。

図１６（ｃ）に示すように、第２セル５３の両端部は開放されており、第２セル５３の一端側から他端側へ矢印Ｇに沿って流体を流すことができるように構成されている。
第１セル５２を流通する第１の流体と、第２セル５３を流通する第２の流体との間で熱交換が行われるように構成されている。

特開２０１５−１４０２７３号公報

ところで、内部に液状の熱媒体が溜まった状態の熱交換器を、熱媒体が凍結する条件に曝した場合、凍結による熱媒体の体積膨張の圧力によって、熱媒体が流れるセルを区画する区画壁が損傷する虞があった。本発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液状の熱媒体の凍結に起因する区画壁の損傷を抑制することができる熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の熱交換器は、筒状の周壁と、上記周壁の内部を、複数のガス流通路と複数の熱媒体流通路に区画する区画壁とを備え、上記ガス流通路を流通するガスと、上記熱媒体流通路を流通する液状の熱媒体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、上記熱媒体流通路は、上記周壁に開口する上記熱媒体の流入路と、上記周壁に開口する上記熱媒体の流出路と、前記熱媒体を貯留する貯留部とを備え、上記流入路及び前記流出路は、前記貯留部を介して連通していることを要旨とする。

流入路及び流出路に存在する熱媒体が凍結した場合の膨張圧力は、熱媒体流通路の流入口及び流出ロを通じて熱交換器の外部へ逃がすことができる。一方、従来技術の熱交換器のように、流入路と流出路が複数のセルを介して連通している場合、複数のセルに存在する熱媒体が凍結した場合の膨張圧力は、熱交換器の外部へ逃がすことが難しい。そのため、熱媒体が凍結した場合の膨張圧力は、セルを区画する区画壁に強く作用しやすい。

上記構成によれば、熱媒体流通路における流入路及び流出路は、貯留部を介して連通しているため、流入路及び流出路が複数のセルを介して連通する態様に比べて、膨張圧力を熱交換器の外部へ逃がしやすくなっている。その結果、熱媒体の凍結に起因する区画壁の損傷が抑制された熱交換器となる。

本発明の熱交換器について、複数の上記流入路、及び、複数の上記流出路を備え、複数の上記流入路、及び、複数の上記流出路は、共通する一つの上記貯留部に連通していることが好ましい。この構成によれば、貯留部の流路断面積を大きくすることが容易となる。また、それぞれ別の貯留部を設けた場合と比較して、貯留部同士の間を区画する区画壁を少なくすることができるため、膨張圧力が作用する区画壁を少なくすることができる。

本発明の熱交換器について、上記貯留部の流路断面積は、上記ガス流通セルの流路断面積に対して、１００〜４００倍とすることが好ましい。この構成によれば、貯留部の流路断面積が相対的に大きくなるため、膨張圧力を熱交換器の外部へ逃がすことが容易になる。

本発明の熱交換器について、上記区画壁は、炭化ケイ素を主成分として含むことが好ましい。この構成によれば、炭化ケイ素は、セラミック材料の中でも熱電伝導率が高い材料であるため、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

本発明によれば、熱交換器の区画壁の損傷を抑制することができる。

熱交換器の斜視図。 （ａ）は、図１の２ａ−２ａ線断面図、（ｂ）は、図１の２ｂ−２ｂ線断面図。 図１の３−３線断面図。 図１の４−４線断面図。 （ａ）は、第１成形体の斜視図、（ｂ）は、第２成形体の斜視図。 加工工程の説明図（第１加工の加工治具を挿入した状態の説明図）。 加工工程の説明図（第１加工の加工治具を挿入した後の説明図）。 加工工程の説明図（第２加工の説明図）。 組立工程の説明図（組立体の斜視図）。 脱脂工程の説明図（脱脂体の斜視図）。 含浸工程の説明図。 容器内に組立体を配置した状態を示す説明図。 容器内の温度変化を示すグラフ。 変更例の熱交換器の斜視図。 変更例の熱交換器の断面図。 （ａ）は、従来技術の熱交換器の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ線断面図。

以下、熱交換器の一実施形態を説明する。
図１、３、４に示すように、本実施形態の熱交換器１０は、矩形筒状の周壁１１と、周壁１１の内部を複数のガス流通路Ｒ１と複数の熱媒体流通路Ｒ２に区画する区画壁１２とを備えている。

図２に示すように、矩形筒状の周壁１１は、上下に対向する一対の横側壁１１ａと、左右に対向する一対の縦側壁１１ｂとを有し、周壁１１の軸方向に直交する断面形状が横長の長方形をなすように構成されている。以下では、「周壁１１の軸方向」を単に「軸方向」と記載する。

図２〜４に示すように、区画壁１２は、横側壁１１ａに平行な第１区画壁１２ａと、第１区画壁１２ａ同士を接続するとともに、縦側壁１１ｂに平行な第２区画壁１２ｂとを備える。また、一部の区画壁１２には、後述するように内部に封止材が充填されることによって形成された封止部２２を備える。図４に示すように、封止部２２は、軸方向における両端部と中央部の３箇所に設けられている。

図２〜４に示すように、熱交換器１０の下部には、周壁１１と第１区画壁１２ａとによって区画される空間である貯留部１３が形成されている。貯留部１３の軸方向の両端部には、貯留部１３を塞ぐ端壁１３ａが形成されている。

図２、３に示すように、周壁１１の内部には、第１区画壁１２ａと第２区画壁１２ｂとによって、軸方向に延びる複数のガス流通セルＣが形成されている。ガス流通セルＣは、ガス流通路Ｒ１を構成する。

図２、４に示すように、周壁１１の内部には、対向する第２区画壁１２ｂと、これら第２区画壁１２ｂ同士の間に位置する封止部２２とによって、流入路１４ａ及び流出路１４ｂが形成されている。流入路１４ａと流出路１４ｂは、一対の状態で軸方向に並ぶように形成されている。流入路１４ａと流出路１４ｂは、一端側が周壁１１に開口するとともに、他端側が貯留部１３に連通するように構成されており、貯留部１３を介して互いに連通するように構成されている。

流入路１４ａ、流出路１４ｂ、及び貯留部１３は、熱媒体流通路Ｒ２を構成する。したがって、流入路１４ａの周壁１１に開口する端部は、熱媒体流通路Ｒ２の流入口１５ａとなるとともに、流出路１４ｂの周壁１１に開口する端部は、熱媒体流通路Ｒ２の流出口１５ｂとなる。本実施形態においては、３組の流入路１４ａ及び流出路１４ｂが軸方向に直交する方向に並ぶように形成されている。各流入路１４ａ及び各流出路１４ｂは、共通する一つの貯留部１３に連通されている。

熱交換器１０を構成する材料は炭化ケイ素を主成分として含む材料であることが好ましい。炭化ケイ素を主成分として含む材料は、他のセラミック材料に比べて熱伝導率が高く、熱交換効率を高くすることができるため好ましい。ここで、「主成分」とは、５０質量％以上を意味するものとする。炭化ケイ素を主成分として含む材料としては、例えば、炭化ケイ素の粒子と金属ケイ素を含む材料が挙げられる。

次に、ガス流通セルＣ（ガス流通路Ｒ１）について説明する。
図３に示すように、ガス流通セルＣは、両端部が共に開放され、処理対象のガスを軸方向に沿って流通させることができるように構成されている。ガス流通セルＣは、周壁１１の縦側壁１１ｂに平行にガス流通セルＣが８個配列したセル列Ｃａを備える。図２（ａ）では、このセル列は、周壁１１の横側壁１１ａに沿って４列設けられており、この配置が繰り返された配置パターンが形成されている。

ガス流通セルＣを流通させる処理対象のガスとしては、例えば、内燃機関の排気ガスが挙げられる。ガス流通セルＣのセル構造は特に限定されるものではないが、例えば、第１区画壁１２ａ及び第２区画壁１２ｂの壁厚が０．１〜０．５ｍｍであり、セル密度が、周壁１１の軸方向に直交する断面１ｃｍ^２あたり１５〜９３セルであるセル構造とすることができる。

次に、熱媒体流通路Ｒ２について説明する。
図４に示すように、熱媒体流通路Ｒ２は、周壁１１に開口する流入口１５ａを有する流入路１４ａと、周壁１１に開口する流出口１５ｂを有する流出路１４ｂと、流入路１４ａ及び流出路１４ｂにおける流入口１５ａ及び流出口１５ｂとは反対側の端部に連通される貯留部１３とを備えている。流入路１４ａ及び流出路１４ｂは、軸方向における一端側と他端側に並設されている。また、流入路１４ａ及び流出路１４ｂは、軸方向に直交する方向において、互いに平行に延びるように形成されている。

流入路１４ａ及び流出路１４ｂの流路断面積は、ガス流通セルＣの流路断面積よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。流入路１４ａ及び流出路１４ｂの流路断面積は、ガス流通セルＣの流路断面積に対して、５〜３０倍であることが好ましい。また、貯留部１３の流路断面積は、ガス流通セルＣ、流入路１４ａ及び流出路１４ｂの流路断面積よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。貯留部１３の流路断面積は、ガス流通セルＣの流路断面積に対して、１００〜４００倍であることが好ましい。ここで、流路断面積とは、流路の延びる方向に直交する断面積を意味するものとする。貯留部１３の流路断面積は、軸方向に直交する断面積を意味するものとする。

図２（ｂ）、４に示すように、熱交換器１０に供給された熱媒体は、周壁１１に開口する流入口１５ａから熱交換器１０内に流入し、流入路１４ａを通って貯留部１３へと流通する。貯留部１３へ流通した熱媒体は、貯留部１３内に一定量貯留される。さらに、貯留部１３内の熱媒体は、軸方向に沿って流入路１４ａ側から流出口１５ｂ側へと流れる。そして、流出路１４ｂを通って、周壁１１に開口する流出口１５ｂから熱交換器１０外へ流出する。流入路１４ａと流出路１４ｂとにおいて、熱媒体は互いに逆方向に流通する。

熱媒体流通路Ｒ２を流通する熱媒体としては、例えば、公知の液状の熱媒体を用いることができる。公知の熱媒体としては、例えば、冷却水（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ：ＬＬＣ）や、エチレングリコール等の有機溶剤が挙げられる。

上記構成の熱交換器１０は、ガス流通セルＣを流れるガスと、熱媒体流通路Ｒ２を流れる熱媒体との間で、区画壁１２を介して熱交換を行うことができる。
図５〜１３に基づいて、熱交換器１０の一製造方法について説明する。

熱交換器１０は、以下に記載する成形工程、加工工程、組立工程、脱脂工程、含浸工程を順に経ることにより製造される。
（成形工程）
熱交換器の成形に用いる原料として、炭化ケイ素粒子と、有機バインダーと、分散媒とを含有する粘土状の混合物を調製する。

有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースが挙げられる。これらの有機バインダーの中でも、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースが特に好ましい。また、上記の有機バインダーのうちの一種のみを用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。

分散媒としては、例えば、水、有機溶剤が挙げられる。有機溶剤としては、例えば、エタノールが挙げられる。また、上記の分散媒のうちの一種のみを用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。

また、混合物中にその他の成分を更に含有させてもよい。その他の成分としては、例えば、炭化ケイ素以外の材質からなるセラミック粒子、可塑剤、潤滑剤が挙げられる。炭化ケイ素以外の材質からなるセラミック粒子としては、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の窒化物からなるセラミック粒子が挙げられる。可塑剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル等のポリオキシアルキレン系化合物が挙げられる。潤滑剤としては、例えば、グリセリンが挙げられる。

図５（ａ）に示すように、この粘土状の混合物を用いて、矩形筒状の周壁１１と、周壁１１の内部を周壁１１の軸方向に延びる複数のガス流通セルＣに区画する区画壁１２とを備える成形体（第１成形体２０）を成形する。第１成形体２０は、全てのガス流通セルＣについて、その両端が開放された状態となっている。第１成形体２０は、例えば、押し出し成形により成形することができる。

図５（ｂ）に示すように、第１成形体２０と同じ粘土状の混合物を用いて、有底箱状の成形体（第２成形体２１）を成形する。第２成形体２１は、第１成形体２０の軸方向の長さの約２倍の長さを有するように構成される。第２成形体２１は、例えば、プレス成形により成形することができる。第２成形体２１は、後述するように、第１成形体２０と共に組み立てられて、貯留部を構成する。

必要に応じて、得られた第１成形体２０、及び、第２成形体２１に対して乾燥処理を行う。乾燥処理の具体的方法としては、例えば、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等を用いた乾燥処理が挙げられる。

（加工工程）
加工工程では、第１成形体２０に貫通孔を形成する第１加工、及び第１成形体２０における一部のセルの両端部を封止する第２加工を行う。

図６に示すように、第１加工では、例えば、加熱された加工具を第１成形体２０に接触させる方法を用いて、第１成形体２０における周壁１１及び区画壁１２の一部を除去して、貫通孔を形成する。

具体的には、図６に示すように、加工具として、貫通孔に対応する外形状を有するブレード２５を用意する。このブレード２５は、耐熱性の金属（例えば、ステンレス鋼）により形成され、その厚さは、ガス流通セルＣの幅を超えない厚さに設定されている。次に、第１成形体２０に含まれる有機分が焼失する温度となるようにブレード２５を加熱する。例えば、有機分がメチルセルロースである場合には、ブレード２５を４００℃以上に加熱する。加熱したブレード２５を、第１成形体２０の周壁１１の対向する一方側（図６の上方側）から挿入し、ブレード２５の先端を周壁１１の対向する他方側（図６の下方側）から突出させる。

図７に示すように、加熱されたブレード２５を周方向外方から第１成形体２０に差し込んだ後、これを引き抜くことによって、対向する周壁１１及び対向する周壁１１の間に位置する区画１２壁を貫通した貫通孔１７を形成する。このとき、加熱されたブレード２５と第１成形体２０とが接触すると、その接触部分において第１成形体２０に含まれる有機分が燃焼して焼失する。そのため、第１成形体２０に対するブレード２５の挿入抵抗は非常に小さいものとなり、ブレード２５の挿入時に、挿入された部分の周辺部分に変形や破壊が生じ難い。また、有機分が焼失することによって、発生する加工屑の量が減少する。第１加工で形成された貫通孔１７は、後述するように熱媒体流通路Ｒ２として機能する。

図８に示すように、第２加工では、第１成形体２０に形成される複数のガス流通セルＣのうち、貫通孔１７が形成されたセルＣの両端部に対して、成形工程において用いた粘土状の混合物を封止材として充填して、当該セルＣの両端部を封止する封止部２２を形成する。その後、第１成形体２０に対して、封止部２２を乾燥させる乾燥処理を行う。

上記の第１加工、及び、第２加工からなる加工工程を経ることにより、加工成形体２３が得られる。第１加工と第２加工の順序は特に限定されず、第２加工を行った後、第１加工を行ってもよい。

（組立工程）
組立工程は、成形工程で得られた第２成形体２１と、加工工程で得られた加工成形体２３を組立てる工程である。

図９に示すように、２個の加工成形体２３を、互いの軸方向の端面を合わせた状態で配置する。さらに、２個の加工成形体２３の下部に、第２成形体２１を配置して組立体２４を作製する。組立体２４を作製する際に、第２成形体２１及び加工成形体２３の間に接着剤を塗布してもよい。

（脱脂工程及び含浸工程）
脱脂工程は、組立体２４を加熱することによって、組立体２４に含まれる有機分を焼失させる工程である。図１０に示すように、脱脂工程を経ることにより、炭化ケイ素粒子同士が接触した状態で配置された骨格部分を有する多孔質の脱脂体３０が得られる。

含浸工程は、脱脂体３０の各壁の内部に金属ケイ素を含浸させる工程である。図１１に示すように、含浸工程を経ることにより、脱脂体３０の各壁を構成する炭化ケイ素粒子の隙間に金属ケイ素が充填される。そして、筒状の周壁１１と、周壁１１の内部を複数のガス流通路Ｒ１（ガス流通セルＣ）と、複数の熱媒体流通路Ｒ２に区画する区画壁１２とを備える熱交換器１０が得られる。そして、流入路１４ａにおける流入口１５ａ側とは反対側の端部、及び、流出路１４ｂにおける流出口１５ｂ側とは反対側の端部に、流入路１４ａと流出路１４ｂを連結する貯留部１３を備える構成となる。

ここで、本実施形態の製造方法では、脱脂工程及び含浸工程を、異なる温度域による多段階の加熱処理によって連続的に行う。
図１２に示すように、グラファイト等からなる有底箱状の耐熱性の容器４０内に組立体２４を配置する。図１２では、組立体２４について、その断面形状を省略して図示している。組立体２４は、容器４０の底面に配置された支持具４１の上に載置されることにより、支持具４１を介して容器４０内に配置される。支持具４１は、組立体２４の下面の一部のみに接触する大きさ及び形状に形成されており、組立体２４の下面の一点又は数点において組立体２４を支持する。支持具４１の数は単数であってもよいし、複数であってもよい。

支持具４１の形状としては、例えば、角柱状、円柱状、角錐台状、円錐台状が挙げられる。これらの中でも、組立体２４の下面との接点を少なくできる点から、角錐台状、円錐台状が特に好ましい。

支持具４１は、毛細管現象を生じさせる程度の大きさの連続した気孔を有する多孔質材により構成される。支持具４１を構成する多孔質材としては、例えば、炭化ケイ素からなる多孔質材、黒鉛等の炭素からなる多孔質材が挙げられる。支持具４１を構成する多孔質材の気孔率は、例えば、２０〜６０％である。

また、容器４０の底面と支持具４１に載置された組立体２４との間の隙間Ｓに粉末状、粒状、塊状等の固体状の金属ケイ素４２を配置する。金属ケイ素４２としては、その純度が９８％未満の金属ケイ素を用いることが好ましい。固体状の金属ケイ素は、その純度が低くなるにしたがって融点が低くなる傾向がある。そのため、低純度の金属ケイ素を用いることにより、含浸工程に要する加熱温度を低く抑えることができる。その結果、製造コストを抑制することができる。なお、金属ケイ素の純度は、例えば、９５％以上である。

容器４０内に収容される金属ケイ素４２の量は、例えば、組立体２４から得られる脱脂体３０の気孔容積と支持具４１の気孔容積の和に相当する量（例えば、上記和の１．００〜１．０５倍の体積に相当する量）とする。この場合には、熱交換器１０の気孔率を０％に近づけることができる。また、金属ケイ素４２の使用量が抑えられて、製造コストを抑制することができる。

上記のように、容器４０内に組立体２４及び金属ケイ素４２を配置した状態として、焼成炉等の公知の加熱手段を用いて、アルゴンや窒素等の不活性雰囲気下又は真空下にて容器４０を加熱する。このとき、容器４０に対して異なる温度域による多段階の加熱を行う。

具体的には、図１３に示すように、容器４０内の温度を、第１温度まで昇温させ、第１温度にて一定時間、保持することにより一次加熱を行う。その後、容器４０内の温度を、第１温度よりも高い第２温度まで昇温させ、一定時間、保持することにより二次加熱を行う。その後、容器４０内の温度を降下させる。

一次加熱は、脱脂工程に相当する加熱処理である。一次加熱の第１温度は、有機分が焼失する温度かつ金属ケイ素の融点未満の温度であり、組立体２４に含まれる有機分の種類に応じて設定される。一次加熱により、組立体２４に含まれる有機分が焼失して、組立体２４は脱脂体３０となる。このとき、容器４０内の温度（第１温度）は、金属ケイ素の融点未満の温度であるため、容器４０内に収容された金属ケイ素４２は、固体の状態が維持される。

第１温度は、例えば、４００℃以上１４００℃以下の温度であることが好ましく、４５０℃以上１０００℃以下の温度であることがより好ましい。上記温度範囲に設定することにより、金属ケイ素４２の溶融を抑制しつつ、有機分をより確実に焼失させることができる。

一次加熱は、組立体２４に含まれる有機分が完全に除去されるまで行うことが好ましい。例えば、事前の予備試験により、組立体２４に含まれる有機分が除去された状態の脱脂体３０となる加熱時間を測定しておき、その加熱時間の経過をもって、容器４０内の温度を第１温度から第２温度に昇温する。

二次加熱は、含浸工程に相当する加熱処理である。二次加熱の第２温度は、金属ケイ素の融点以上に設定される。二次加熱により、容器４０内に収容された金属ケイ素４２が溶融する。そして、溶融した金属ケイ素は、毛細管現象によって、多孔質材からなる支持具４１を通じて脱脂体３０の各壁を構成する炭化ケイ素粒子の隙間に入り込み、その隙間に金属ケイ素４２が含浸される。このとき、脱脂体３０における第２成形体２１同士の境界部分、及び、第２成形体２１と加工成形体２３の境界部分にも金属ケイ素４２が含浸されることにより、第２成形体２１同士の境界部分、及び、第２成形体２１と加工成形体２３間の密着を図ることができる。これにより、各壁を構成する炭化ケイ素粒子の隙間に金属ケイ素４２が含浸されており、第２成形体２１及び加工成形体２３であった部分が一体化してなる熱交換器１０が得られる。

第２温度は、例えば、１４２０℃以上の温度であることが好ましい。上記温度範囲に設定することにより、金属ケイ素をより確実に含浸させることができる。
また、第２温度は、例えば、２０００℃以下の温度であることが好ましく、１９００℃以下の温度であることがより好ましい。上記温度範囲に設定することにより、設備やエネルギー等の観点において、製造コストを抑制することができる。さらに、脱脂体の熱膨張が抑制されて、熱膨張に起因する破損が生じ難くなる。

また、第２温度は、成形工程に用いた混合物に含まれる炭化ケイ素の焼結温度未満（例えば、２０００℃以下）の温度であることが好ましい。上記温度範囲に設定することにより、得られる熱交換器１０は、その構成成分である炭化ケイ素粒子の殆どが焼結されずに、それぞれ独立して存在する未焼結のハニカム構造体となる。この未焼結のハニカム構造体は、ヤング率が高く、変形し難い性質を有しており、熱交換器として有用である。

二次加熱は、脱脂体３０の各壁を構成する炭化ケイ素粒子の隙間に金属ケイ素が十分に含浸されるまで行うことが好ましい。例えば、容器４０内に収容される金属ケイ素４２の量が、脱脂体３０の気孔容積と支持具４１の気孔容積の和に相当する量である場合には、全ての金属ケイ素４２が含浸されたことをもって、金属ケイ素が十分に含浸されたと判断することができる。

そして、二次加熱の後は、容器４０内の温度を降下させ、容器４０から熱交換器１０を取り出し、熱交換器１０の下面に一体化している支持具４１を分離する。これにより、熱交換器１０が得られる。

上記の含浸工程を経ることにより、筒状の周壁１１と、周壁１１の内部を複数のガス流通セルＣと、複数の熱媒体流通路Ｒ２に区画する区画壁１２とを備える熱交換器１０が得られる。そして、熱媒体流通路は、周壁に開口する熱媒体の流入路と、周壁に開口する熱媒体の流出路と、熱媒体を貯留する貯留部とを備え、流入路及び流出路は、貯留部を介して連通している熱交換器が得られる。

次に、本実施形態の作用及び効果について記載する。
（１）熱媒体流通路は、周壁に開口する熱媒体の流入路と、周壁に開口する熱媒体の流出路と、熱媒体を貯留する貯留部とを備え、流入路及び流出路は、貯留部を介して連通している。

熱媒体流通路が、流入路と流出路を連通する貯留部を備えることにより、流入口から流入した熱媒体は、流入路、貯留部、流出路を順に経由して流出口から流出する。こうした流路構成とすることにより、図１６に示す従来の熱交換器のように、流入路と流出路との間に多数の通路（第１セル５２）が並設されている構成と比較して、膨張圧力を熱交換器の外部へ逃がしやすくなっている。その結果、熱媒体の凍結に起因する区画壁の損傷が抑制された熱交換器となる。

（２）複数の流入路、及び、複数の流出路を備え、複数の流入路、及び、複数の流出路は、共通する一つの貯留部に連通している。したがって、貯留部の流路断面積を大きくすることが容易となる。また、それぞれ別の貯留部を設けた場合と比較して、貯留部同士の間を区画する区画壁を少なくすることができるため、膨張圧力が作用する区画壁を少なくすることができる。これにより、熱媒体の凍結に起因する区画壁の損傷を抑制することができる。

（３）貯留部の流路断面積は、ガス流通セルの流路断面積に対して、１００〜４００倍とする。したがって、貯留部の流路断面積が相対的に大きくなるため、膨張圧力を熱交換器の外部へ逃がすことが容易になる。

（４）区画壁は、炭化ケイ素を主成分として含む。炭化ケイ素は、セラミック材料の中でも熱電伝導率が高い材料であるため、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。

（５）熱媒体流通路は、貯留部内に熱媒体を一定量貯留することができる。したがって、熱交換器の使用時における熱媒体の急激な流量変化に対して、貯留部をバッファとして使用することができる。

本実施形態は、次のように変更して実施することも可能である。また、上記実施形態の構成や以下の変更例に示す構成を適宜組み合わせて実施することも可能である。
・本実施形態では、熱交換器は、幅方向（図２の左右方向）の寸法が、上下方向の寸法よりも大きく構成されていたが、この態様に限定されない。上下方向の寸法の方が、幅方向の寸法よりも大きく構成されていてもよいし、上下方向と幅方向が同じ寸法で構成されていてもよい。

・本実施形態では、ガス流通セルは、周壁の縦側壁に平行にガス流通セルが８個配列し、このセル列が、周壁の横側壁に沿って４列設けられた配置パターンが、封止部及び熱媒体流通路を介して繰り返されていたが、この態様に限定されない。ガス流通セルの配置パターンは、適宜選択することができる。同様に、熱媒体流通路も適宜選択して形成することができる。

・本実施形態では、周壁における軸方向の一端側の開口を熱媒体の流入口とし、周壁における軸方向の他端側の開口を熱媒体の流出口としたがこの態様に限定されない。流入口と流出口の位置が逆となるように構成されていてもよい。また、周壁に設けられた複数の開口において、熱媒体の流入口及び流出口を適宜選択してもよい。

・貯留部の流路断面積は、ガス流通セルの流路断面積よりも大きく構成されている態様に限定されない。貯留部を流通する熱媒体の流量を確保することができる範囲において、貯留部の流路断面積は、ガス流通セルの流路断面積と略等しく構成されていてもよいし、ガス流通セルの流路断面積よりも小さく構成されていてもよい。

・複数の流入路及び複数の流出路は、共通する一つの貯留部に連通している態様に限定されない。例えば、貯留部の内部に複数の仕切りを設けることによって実質的に貯留部を複数形成し、各貯留部に、流入路と流出路が一つずつ連通した構成であってもよい。

・周壁は、矩形筒状に限定されない。円筒状や、断面が楕円形の筒状に構成されていてもよい。図１４に示すように、例えば、第１成形体、第２成形体、及び、層間材を、組立工程で組み立てた際に円筒状となるように形成することにより、周壁１１ｃを円筒状にすることが可能となる。また、ガス流通セル及び熱媒体流通路の断面形状は断面矩形状に限定されない。矩形状以外の多角形状であってもよいし、円形や楕円形であってもよい。多角形状の角部が面取りされた形状であってもよい。熱媒体流通路の流入路と流出路とで形状が異なっていてもよい。

・熱媒体流通路は、流入路及び流出路が、周壁の軸方向に直交する方向において、互いに平行に延びるように形成された態様に限定されない。流入路及び流出路の形状は、第１加工で形成する連通部の形状を変更することにより、適宜選択することができる。例えば、図１５に示すように、流入路１６ａ及び流出路１６ｂがＶ字状に延びるように形成してもよい。

・本実施形態では、貯留部を構成する第２成形体は、第１成形体と一体化されていたが、別体で構成されていてもよい。例えば、貯留部を別部材で用意し、第１成形体に対して組立工程、脱脂工程、含浸工程を行った後に、パッキンを介して貯留部を配置してもよい。この場合、貯留の材料はセラミック材料に限定されず、ステンレス等の金属材料で構成されていてもよい。

１０…熱交換器、１１…周壁、１２…区画壁、１３…貯留部、１４ａ…流入路、１４ｂ…流出路、１５ａ…流入口、１５ｂ…流出口、Ｒ１…ガス流通路、Ｒ２…熱媒体流通路。

Claims (4)

1. 筒状の周壁と、前記周壁の内部を、複数のガス流通路と複数の熱媒体流通路に区画する区画壁とを備え、前記ガス流通路を流通するガスと、前記熱媒体流通路を流通する液状の熱媒体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
   前記熱媒体流通路は、
   前記周壁に開口する前記熱媒体の流入路と、
   前記周壁に開口する前記熱媒体の流出路と、
   前記熱媒体を貯留する貯留部とを備え、
   前記流入路及び前記流出路は、前記貯留部を介して連通していることを特徴とする熱交換器。
2. 複数の前記流入路、及び、複数の前記流出路を備え、
   複数の前記流入路、及び、複数の前記流出路は、共通する一つの前記貯留部に連通している請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記貯留部の流路断面積は、前記ガス流通路の流路断面積に対して、１００〜４００倍とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記区画壁は、炭化ケイ素を主成分として含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。