JP2019174012A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を向上させることができる。【解決手段】熱交換器１０は、複数のガス流通路Ｒ１と、複数の熱媒体流通路Ｒ２と、ガス流通路Ｒ１と熱媒体流通路Ｒ２を区画する区画壁とを備え、ガス流通路Ｒ１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区画壁を介して熱交換が行われる。ガス流通路Ｒ１にセラミックフォームが配置されている。【選択図】図１

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１１（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１１（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１１（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１１（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の流体との間で区画壁５４を介して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、特許文献１の熱交換器５０において、第２の流体としてガスを流通させた場合、ガスは、第２セル５３内を層流状態で流通しやすい。そのため、第２セル５３内の周縁部側を流通するガスは熱輸送を行いやすいものの、第２セル５３内の中央部側を流通するガスは熱輸送を行いにくい。そのため、第２セル５３内を流通するガス全体の熱輸送を促進して、熱交換効率を向上させることが課題として挙げられる。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、熱交換効率を向上させ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、複数のガス流通路と、複数の熱媒体流通路と、上記ガス流通路と上記熱媒体流通路を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上記区画壁を介して熱交換が行われる熱交換器であって、上記ガス流通路にセラミックフォームが配置されていることを要旨とする。

上記構成によれば、ガス流通路にセラミックフォームが配置されていることにより、ガス流通路を流通するガスに乱流を生じさせることができる。これにより、ガス全体の熱輸送を促進させることができるため、熱交換効率を向上させることができる。

本発明の熱交換器について、上記セラミックフォームは、気孔率が７０〜９５％であることが好ましい。この構成によれば、乱流を生じさせるにあたり、セラミックフォームの気孔率が好適なものとなる。

本発明の熱交換器について、上記セラミックフォームの平均気孔径は、２０μｍ以上であることが好ましい。この構成によれば、セラミックフォーム内を流通する気体の流通抵抗を低減することができる。

本発明の熱交換器について、上記セラミックフォームは、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、熱伝導性に優れた材料であるため、熱交換効率を向上させることができる。

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み、上記区画壁を介して、上記ガス流通路と上記熱媒体流通路が配置されていることが好ましい。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伝導が高い材料であるため、区画壁間の熱伝達を高くすることができる。これにより、区画壁を介して配置されたガス流通路と熱媒体流通路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、熱交換効率を向上させることができる。

熱交換器の斜視図。 図１の２−２線断面図。 図１の３−３線断面図。 （ａ）は、熱媒体流通部の斜視図、（ｂ）は、セラミックフォームの斜視図、（ｃ）は、セラミックフォームにペースト材を塗布した状態の斜視図。 組立工程の説明図。 組立工程の説明図。 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。 変更例のガス流通部の断面図。 変更例の熱交換器の斜視図。 （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に示すように、本実施形態の熱交換器１０は、ガス流通路Ｒ１を備える矩形板状のガス流通部２０と、熱媒体流通路Ｒ２を備える矩形板状の熱媒体流通部３０とが、交互に並設された状態で構成されている。並設方向の両端部に熱媒体流通部３０が配置され、内側にガス流通部２０と、熱媒体流通部３０とが、交互に接続された状態で配置されている。そして、ガス流通路Ｒ１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、熱交換が行われるように構成されている。

次に、熱媒体流通部３０について説明する。
図１、２に示すように、矩形板状の熱媒体流通部３０は、同一形状で構成された矩形状の２枚の板材３１と、この２枚の板材３１を所定の間隔をおいて接続する複数の壁部３２とを備え、全体としてハニカム形状に構成されている。すなわち、２枚の板材３１の間に複数の壁部３２が設けられていることによって、板材３１の間に熱媒体流通路Ｒ２を構成する複数のセルＣが形成されている。複数のセルＣは、一列に配列したセル列を構成している。２枚の板材３１、及び、２枚の板材３１を接続する複数の壁部３２は、セルＣを形成するセル壁３３として機能する。

ここで、図１に示すように、ガス流通部２０と熱媒体流通部３０が並設された方向を「幅方向ＤＸ」といい、セルＣの配列する方向を「前後方向ＤＹ」といい、セルＣの延びる方向を「上下方向ＤＺ」という。

図２に示すように、セルＣは、上下方向ＤＺの両端が開放されている。セルＣの上端の開口によって熱媒体の流入口１５ａが形成されるとともに、セルＣの下端の開口によって熱媒体の流出口１５ｂが形成され、流入口１５ａと流出口１５ｂの間に熱媒体流通路Ｒ２が形成されている。セルＣとしては、例えば、セル壁３３の壁厚が０．１〜０．５ｍｍであり、セルピッチが１〜１０ｍｍであるセル構造とすることができる。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。

次に、ガス流通部２０について説明する。
図１、３に示すように、矩形板状のガス流通部２０は、板状のセラミックフォーム２１と、このセラミックフォーム２１の上下方向ＤＺの両端に配置される長尺状の端壁２２とで構成される。以下、セラミックフォーム２１の上端に配置される端壁２２を上壁２２ａとし、セラミックフォーム２１の下端に配置される端壁２２を下壁２２ｂとする。上壁２２ａ及び下壁２２ｂは、幅が、セラミックフォーム２１の厚さと略等しくなるように構成され、長さが、前後方向ＤＹに沿うセラミックフォーム２１の長さと略等しくなるように構成されている。これにより、上壁２２ａ及び下壁２２ｂは、セラミックフォーム２１の厚さ、及び、長さに略一致した状態で、セラミックフォーム２１の上下両端に配置される。すなわち、上壁２２ａと下壁２２ｂとによってセラミックフォーム２１が挟み込まれた状態になっている。

図１に示すように、ガス流通部２０は、幅方向ＤＸの両側に熱媒体流通部３０が配置されているため、セラミックフォーム２１は、幅方向ＤＸの両側からも熱媒体流通部３０のセル壁３３によって挟み込まれている。そのため、ガス流通部２０の上壁２２ａと下壁２２ｂ、及び、熱媒体流通部３０のセル壁３３によって囲まれた領域が、ガス流通路Ｒ１として機能する。ガス流通路Ｒ１は、前後方向ＤＹに延びるように構成されている。そして、ガス流通部２０の上壁２２ａと下壁２２ｂ、及び、熱媒体流通部３０のセル壁３３は、ガス流通路Ｒ１と熱媒体流通路Ｒ２を区画する区画壁として機能する。

図１、３に示すように、本実施形態では、ガス流通部２０の上壁２２ａと下壁２２ｂ、及び、熱媒体流通部３０のセル壁３３によってセラミックフォーム２１が挟み込まれているため、ガス流通路Ｒ１の内部全体にセラミックフォーム２１が設けられた状態となっている。そして、ガス流通路Ｒ１内のガスは、セラミックフォーム２１の内部を流通しながら前後方向ＤＹに流通する。セラミックフォーム２１の内部を流通することによって、ガスに乱流が生じるように構成されている。ガス流通路Ｒ１を流通するガスとしては、例えば、内燃機関の排気ガスが挙げられる。

セラミックフォーム２１の気孔率としては、特に限定されないが、７０〜９５％であることが好ましい。セラミックフォーム２１の平均気孔径としては、特に限定されないが、２０μｍ以上であることが好ましく、２５μｍ以上であることがより好ましい。また、セラミックフォーム２１の平均気孔径は、１００μｍ以下であることが好ましく、８０μｍ以下であることがより好ましい。セラミックフォーム２１の気孔率は重量法にて、セラミックフォーム２１の平均気孔径は、水銀圧入法にて、接触角を１３０°、表面張力を４８５ｍＮ／ｍの条件でそれぞれ測定することができる。

セラミックフォーム２１を構成する材料は特に限定されないが、炭化ケイ素を主成分として含むことが好ましい。炭化ケイ素は、熱伝導性に優れた材料であるため、他のセラミックフォームに比べて、熱交換器１０の熱交換効率を向上することができる。

熱媒体流通部３０のセル壁３３、及び、ガス流通部２０の上壁２２ａと下壁２２ｂ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、熱交換器１０の流路構成について説明する。
図１に示すように、熱交換器１０は、ガス流通部２０と熱媒体流通部３０が並設された状態で構成されている。そして、熱媒体流通部３０のセルＣとガス流通部２０のガス流通路Ｒ１とは、互いに直交する方向に延びるように構成されている。具体的には、熱媒体流通部３０のセルＣは、上下方向ＤＺに延びるように構成され、ガス流通部２０のガス流通路Ｒ１は、前後方向ＤＹに延びるように構成されている。そして、ガス流通路Ｒ１を流通するガスと、セルＣを流通する熱媒体との間で、区画壁を介して熱交換が行われる。

図４〜８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、以下に記載する熱媒体流通部形成工程、ガス流通部形成工程、組立工程、脱脂工程、含浸工程を経ることにより製造される。

（熱媒体流通部形成工程）
熱媒体流通部形成工程は、成形工程を有する。
[成形工程]
熱媒体流通部３０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４（ａ）に示すように、この粘土状の混合物を用いて、セルＣが１０個配列したセル列を備える矩形板状の成形体３４を成形する。この成形体３４は、例えば、押し出し成形により成形することができる。

必要に応じて、得られた成形体３４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。

（ガス流通部形成工程）
ガス流通部形成工程は、成形工程、焼成工程、塗布工程を有する。
[成形工程]
発泡ウレタン樹脂を用いて、鋳型（テンプレート）としての矩形状の板材を成形する。板材の寸法は、後述の焼成工程による体積収縮を経た後に、所定のガス流通部の形状となるように設定する。

この板材に、炭化ケイ素粒子を主成分とするスラリーを吸収させ、発泡ウレタン樹脂の気孔に炭化ケイ素粒子を充填する。
[焼成工程]
炭化ケイ素粒子を充填した発泡ウレタン樹脂に加熱処理を行い、発泡ウレタン樹脂を焼失させると同時に上記スラリーに含まれる有機分を消失させる。加熱処理の温度は特に限定されないが、２００〜５００℃の範囲であることが好ましい。発泡ウレタン樹脂を焼失させた後、さらに、焼成を行うことにより、炭化ケイ素粒子同士を焼結させる。焼成の温度は特に限定されないが、１８００〜２２５０℃の範囲であることが好ましい。

図４（ｂ）に示すように、焼成を行うことにより、炭化ケイ素粒子同士が焼結した骨格と、骨格間に多数の気孔を有するセラミックフォーム２１が形成される。
[塗布工程]
図４（ｃ）に示すように、セラミックフォーム２１の上下方向ＤＺの両端に、炭化ケイ素粒子を主成分とするペースト材２４を塗布する。ペースト材２４は、幅が、セラミックフォーム２１の厚さと略等しくなるように構成され、長さが、セラミックフォーム２１の前後方向ＤＹの長さと略等しくなるように形成される。必要に応じて、ペースト材２４が塗布されたセラミックフォーム２１に対して乾燥処理を行う。セラミックフォーム２１に塗布されたペースト材２４は、ガス流通部２０の端壁２２を構成する。セラミックフォーム２１にペースト材２４を塗布することにより、ガス流通部２０が作成される。

（組立工程）
組立工程は、上記工程で得られた熱媒体流通部３０の成形体３４と、ガス流通部２０とを組立てて、組立体を作成する工程である。

図５に示すように、熱媒体流通部３０の成形体３４の側面に、ガス流通部２０を並べて組立体１８を作成する。熱媒体流通部３０の成形体３４とガス流通部２０との間には接着剤層を形成させてもよい。接着剤としては、無機バインダーと無機粒子の混合物を用いることができる。無機バインダーとしては、シリカゾル、アルミナゾルが挙げられ、無機粒子としては炭化ケイ素、窒化ケイ素が挙げられる。

図６に示すように、さらに、組立工程を繰り返すことにより、両端部に熱媒体流通部３０の成形体３４が配置され、内側に５個のガス流通部２０と、４個の熱媒体流通部の成形体３４とが、接着剤層１６を介して交互に接続された組立体１９が得られる。

（脱脂工程）
脱脂工程は、組立体１９を加熱することによって、組立体１９に含まれる有機分を焼失させる工程である。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が得られる。

（含浸工程）
含浸工程は、脱脂体の区画壁の内部に金属ケイ素を含浸させる工程である。含浸工程を経ることにより、区画壁を構成する炭化ケイ素粒子間に金属ケイ素が充填される。また、熱媒体流通路の脱脂体と端壁の脱脂体の間に金属ケイ素が充填されることにより、各部材の密着を図ることができる。一方でセラミックフォームは平均気孔径が大きいため、金属ケイ素が内部に充填されず、そのままの気孔を維持する。

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７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１９を配置する。図７では、組立体１９について、その断面形状を省略して図示している。組立体１９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１９のうち、熱媒体流通部３０の一部に接触する大きさ及び形状に形成されており、組立体１９の下面の数点において組立体１９を支持する。

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１９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１９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１９のうち熱媒体流通部３０および端壁を構成するペースト材２４の脱脂体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１９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８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１９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１９に含まれる有機分が焼失して、組立体１９は脱脂体となる。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１９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１９に含まれる有機分が除去された状態の脱脂体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を通じて脱脂体の区画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、脱脂体における熱媒体流通部及びガス流通部間の境界部分にも金属ケイ素４２が含浸されることにより、熱媒体流通部及びガス流通部間の境界部分は消失する。また、セラミックフォーム２１は、平均気孔径が大きいため、含浸された金属ケイ素４２による気孔の閉塞が抑制される。そのため、含浸工程後においても、セラミックフォーム２１は気孔を有した状態となっている。

これにより、区画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、複数の熱媒体流通部及びガス流通部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、脱脂体のうち熱媒体流通部３０および端壁を構成するペースト材２４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、複数のガス流通路Ｒ１と、複数のセルＣ（熱媒体流通路Ｒ２）と、ガス流通路Ｒ１とセルＣを区画する区画壁とを備える熱交換器１０が得られる。区画壁を介して、ガス流通路Ｒ１と熱媒体流通路Ｒ２が配置された構成となる。また、ガス流通路Ｒ１は、内部を流通するガスに乱流を生じさせるセラミックフォーム２１を備える構成となる。

次に、本実施形態の作用について記載する。
ガス流通路の内部全体にセラミックフォームが設けられているため、ガス流通路内のガスは、必ず、セラミックフォームの内部を流通する構成となっている。ガスは、セラミックフォームの内部を流通する際に、気孔に沿って前後方向ＤＹに対して曲線的に流通する。これにより、ガスが層流状態で流通する従来の態様に比べて、ガスが区画壁と接触する機会を増やすことが可能となるため、熱交換効率が向上する。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）ガス流通路にセラミックフォームが配置されている。これにより、ガスを乱流状態で流通させることができるため、ガス全体の熱輸送を促進させることができる。したがって、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。また、セラミックフォームは、内部構造における気孔の分布を均一にすることが容易であるため、安定して乱流を生じさせることが可能となる。

（２）セラミックフォームは、気孔率が７０〜９５％である。したがって、乱流を生じさせるにあたり、セラミックフォームの気孔率が好適なものとなる。また、セラミックフォームを流通するガスの流通抵抗の増大を抑制することができる。

（３）セラミックフォームの平均気孔径は、２０μｍ以上である。したがって、セラミックフォーム内を流通する気体の流通抵抗を低減することができる。
（４）セラミックフォームは、炭化ケイ素を主成分として含む。炭化ケイ素は、熱伝導性に優れた材料であるため、熱交換効率を向上することができる。

（５）区画壁は、炭化ケイ素を主成分として含み、区画壁を介して、ガス流通路と熱媒体流通路が配置されている。炭化ケイ素は、セラミック材料の中でも熱伝導が高い材料であるため、区画壁間の熱伝導を高くすることができる。これにより、区画壁を介して配置されたガス流通路と熱媒体流通路の熱交換効率を向上させることができる。

（６）熱媒体流通路が複数のセルで構成されている。これにより、複数のセルに沿って熱媒体を直線的に流通させることが可能になるため、熱媒体の流通抵抗を低減することが可能になる。

（７）セラミックフォームは、ガス流通路の内部全体に設けられている。ガス流通路内の広範囲に亘って乱流を生じさせることができるため、熱輸送をより促進させることができる。したがって、熱交換効率を向上させることができる。

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ＤＸの寸法が、上下方向ＤＺ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ＤＺの寸法の方が、幅方向ＤＸの寸法よりも大きく構成されていてもよいし、上下方向ＤＺと幅方向ＤＸが同じ寸法で構成されていてもよい。

・本実施形態では、熱媒体流通部とガス流通部とが交互に並設されていたが、この態様に限定されない。熱媒体流通部とガス流通部は、区画壁を介して熱交換を行うことができる範囲において、並設の態様を適宜選択することができる。

・本実施形態では、セルの上端側の開口を熱媒体の流入口とし、セルの下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。セルの上端側の開口を熱媒体の流出口とし、セルの下端側の開口を熱媒体の流入口としてもよい。また、セルの上端側の開口及び下端側の開口それぞれに、熱媒体の流入口及び流出口を選択的に設けてもよい。

・ガス流通部におけるガスの流通方向は、前後方向ＤＹの他端側（図３の右側）に限定されず、前後方向ＤＹの一端側（図３の左側）へ流通する態様であってもよい。
・熱媒体流通部のセルは、１０個のセルが配列した形状に限定されない。セルの配列パターンは適宜選択することができる。

・セラミックフォームは、ガス流通路の内部全体に設けられた態様に限定されない。ガス流通路内を流通するガスに乱流を生じさせることができる範囲において、セラミックフォームは、ガス流通路内に部分的に設けられていてもよい。図９に示すように、前後方向ＤＹの一端側と他端側と中央側の３箇所にセラミックフォーム２１が設けられていてもよい。この場合、予め炭化ケイ素を主成分とするペースト材を板状に成形して乾燥させた後、３個のセラミックフォーム２１の両端に貼り合わせることによって端壁２２を形成することができる。

・熱交換器は、前後方向ＤＹに直交する断面形状が矩形状に構成された態様に限定されず、円形状や、楕円形状に構成されていてもよい。図１０に示すように、熱媒体流通部３０とガス流通部２０の形状を複数用意し、これらを組み立てた際に、断面形状が円形状となるように構成されていてもよい。

１０…熱交換器、２０…ガス流通部、３０…熱媒体流通部、Ｒ１…ガス流通路、Ｒ２…熱媒体流通路。

Claims (5)

1. 複数のガス流通路と、複数の熱媒体流通路と、前記ガス流通路と前記熱媒体流通路を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前記区画壁を介して熱交換が行われる熱交換器であって、
   前記ガス流通路にセラミックフォームが配置されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記セラミックフォームは、気孔率が７０〜９５％である請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記セラミックフォームの平均気孔径は、２０μｍ以上である請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記セラミックフォームは、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。
5. 前記区画壁は、炭化ケイ素を主成分として含み、前記区画壁を介して、前記ガス流通路と前記熱媒体流通路が配置されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器。