JP2020026908A - 熱交換器の製造方法 - 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】成形工程は、成形体における第１流通路Ｒ１を形成する部位であって、第１流体の流通方向及び当該流通方向に交差する方向に点在する複数の凸部２５が表面に設けられたシート状の第１成形体を成形する第１成形工程と、成形体における第２流通路Ｒ２を形成する部位であるシート状の第２成形体を成形する第２成形工程と、第１成形体と第２成形体を積層する積層工程とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器の製造方法に関する。

特許文献１には、熱交換器の製造方法について記載されている。
図１３に示すように、セラミック製のシート材５１の表面に円筒状のローラー５２を用いて複数のリブ５３を形成している。リブ５３を形成したシート材５１を複数積層して積層体を作製し、積層体を焼成した後、ケースに収納して熱交換器を製造している。

特開２００２−５５９３号公報

特許文献１の熱交換器では、複数のリブ５３は、シート材５１の一端側の端部から他端側の端部まで連続して設けられている。流体は、複数のリブ５３の間をリブ５３に沿って流通するため、流体の流れが整流状態となりやすい。流体の流れが整流状態であると、熱輸送を行いにくい。そのため、熱交換効率が低いという課題を有している。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の製造方法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の製造方法は、複数の第１流通路と、複数の第２流通路と、上記第１流通路と上記第２流通路を区画する区画壁とを備え、上記第１流通路を流通する第１流体と、上記第２流通路を流通する第２流体との間で上記区画壁を介して熱交換が行われる炭化ケイ素製の熱交換器の製造方法であって、炭化ケイ素粒子を含む原料組成物を用いて、上記第１流通路及び上記第２流通路を備える成形体を成形する成形工程と、上記成形体を脱脂して多孔体を作製する脱脂工程と、上記多孔体に金属ケイ素を含浸させる含浸工程とを有し、上記成形工程は、上記成形体における上記第１流通路を形成する部位であって、上記第１流体の流通方向及び当該流通方向に交差する方向に点在する複数の凸部が表面に設けられたシート状の第１成形体を成形する第１成形工程と、上記成形体における上記第２流通路を形成する部位を有する第２成形体を成形する第２成形工程と、上記第１成形体と上記第２成形体を積層する積層工程とを有することを要旨とする。

上記構成によれば、第１成形体に、第１流体の流通方向及び当該流通方向に交差する方向に点在する複数の凸部が形成されることによって、第１流通路を流通する第１流体と第1流通路を形成する区画壁との間に形成される熱の移動を阻害する境界層ができにくくなる。これにより、第１流通路を流通する第１流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。

本発明の熱交換器の製造方法について、上記積層工程において、上記第１成形体の上記凸部の先端を、上記第１成形体に重ねられた上記第１成形体又は上記第２成形体に当接させることが好ましい。上記構成によれば、凸部を介して、凸部が設けられた第１成形体と、この第１成形体に積層された他の第１成形体又は第２成形体との間における熱伝導を促進させることができる。そのため、熱交換効率を向上させることができる。

本発明の熱交換器の製造方法について、上記第１成形工程において、上記凸部はプレス成形で形成されることが好ましい。上記構成によれば、凸部をプレス成形で形成することにより、凸部を微細化したり、凸部を密集した状態で形成することが容易になる。

本発明の熱交換器の製造方法について、上記凸部が形成された第１成形体における対向する一対の端部には、側壁が設けられており、上記側壁は、上記プレス成形で形成されることが好ましい。上記構成によれば、凸部と側壁を同時に成形することができるため、熱交換器を効率良く製造することができる。

本発明の熱交換器の製造方法について、上記凸部は、角柱状もしくは楕円柱状となるように形成されていることが好ましい。上記構成によれば、凸部における第１流体の流通抵抗を小さくすることができるとともに、熱輸送をさらに促進させることでできる。

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。 成形工程の説明図。 第１成形工程の説明図。 第２成形工程の説明図。 積層工程の説明図。 容器内に積層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。 凸部の幅方向の断面図。 変更例の凸部の幅方向の断面図。 別の変更例の凸部の幅方向の断面図。 従来技術の熱交換器における成形工程の説明図。

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、第１流通路（ガス流通路Ｒ１）を備える第１流通部（ガス流通部２０）と、第２流通路（熱媒体流通路Ｒ２）を備える第２流通部（熱媒体流通部３０）とが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、各熱媒体流通部３０の内側にそれぞれ３層のガス流通部２０が配置されている。ガス流通部２０の内側に１層の熱媒体流通部３０が配置されている。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、熱媒体流通部３０は、矩形状の板材で構成される底壁３１と、底壁３１の対向する一対の端部から立設する側壁３２と、各側壁３２の中間位置で底壁３１から立設する中央壁３３とを備える。熱媒体流通部３０は、底壁３１と同一形状で構成され、側壁３２及び中央壁３３上に配置される天壁３４を備える。側壁３２及び中央壁３３上に天壁３４が配置されることによって、底壁３１と天壁３４との間に熱媒体流通路Ｒ２を構成する２つの貫通孔Ｃ２が形成されている。そのため、底壁３１、側壁３２、中央壁３３、及び、天壁３４は、熱媒体流通路Ｒ２を区画する区画壁として機能する。

図１における熱交換器１０の中央部と下端部に位置する熱媒体流通部３０は、天壁３４として、後述するガス流通部２０の底壁２１を用いている。すなわち、熱交換器１０の中央部と下端部に位置する熱媒体流通部３０は、上側に積層されたガス流通部２０の底壁２１を、天壁３４として兼用している。

ここで、図１に示すように、熱交換器１０において貫通孔Ｃ２の延びる方向を「幅方向ＤＸ」といい、貫通孔Ｃ２の配列する方向を「前後方向ＤＹ」といい、ガス流通部２０と熱媒体流通部３０が並設された方向を「上下方向ＤＺ」という。

図２に示すように、貫通孔Ｃ２の幅方向ＤＸ一端側に熱媒体の流入口１５ａが形成されるとともに、貫通孔Ｃ２の幅方向ＤＸ他端側に熱媒体の流出口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。熱媒体流通部３０における底壁３１及び天壁３４の厚さは、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましい。熱媒体流通部３０における側壁３２及び中央壁３３の厚さは、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましい。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、ガス流通部２０は、矩形状の板材で構成される底壁２１と、底壁２１の幅方向ＤＸに対向する一対の端部から立設する側壁２２と、底壁２１と同一形状で構成され、側壁２２上に配置される天壁２３とを備える。側壁２２上に天壁２３が配置されることによって、底壁２１と天壁２３との間にガス流通路Ｒ１を構成する貫通孔Ｃ１が形成されている。そのため、底壁２１、側壁２２、及び、天壁２３は、ガス流通路Ｒ１を区画する区画壁として機能する。

図１における熱媒体流通部３０の下側に位置するガス流通部２０は、天壁２３として、熱媒体流通部３０の底壁３１を用いている。また、ガス流通部２０同士が積層された箇所における下側に位置するガス流通部２０は、天壁２３として、上側に位置するガス流通部２０の底壁２１を用いている。すなわち、ガス流通部２０は、上側に積層された熱媒体流通部３０又はガス流通部２０の底壁３１、２１を、天壁２３として兼用している。

図３に示すように、貫通孔Ｃ１の前後方向ＤＹ一端側にガスの流入口１６ａが形成されるとともに、貫通孔Ｃ１の前後方向他端側にガスの流出口１６ｂが形成され、流入口１６ａと流出口１６ｂの間にガス流通路Ｒ１が形成されている。

ガス流通部２０の底壁２１の表面には、ガスの流通方向、及び、ガスの流通方向に交差する方向に、複数の凸部２５が点在する状態で設けられている。すなわち、凸部２５は、ガスの流通方向である前後方向ＤＹに沿って複数設けられているとともに、ガスの流通方向に交差する方向である幅方向ＤＸに沿って複数設けられている。具体的には、図３に示すように、複数の凸部２５は、幅方向ＤＸに沿って等間隔で配列した凸部列を有し、この凸部列が、前後方向ＤＹに沿って等間隔で複数並設されている。前後方向ＤＹに隣り合う凸部列は、各凸部列における凸部２５同士の間隔の１／２だけ凸部２５の位置が幅方向ＤＸにずれて並設されている。すなわち、前後方向ＤＹにおける一つおきの凸部列において、幅方向ＤＸにおける凸部２５の位置が同じ位置となるように構成されている。

図１、３に示すように、凸部２５は、湾曲状に突出した先細形状となっている。具体的には、幅方向ＤＸに直交する断面形状及び前後方向ＤＹに直交する断面形状が、共に、楕円形を短軸に沿って切断した形状となっている。凸部２５の横断面形状は、前後方向ＤＹに延びた楕円形状となっている。凸部２５の高さである上下方向ＤＺの寸法は、側壁２２の上下方向ＤＺの寸法と等しいことが好ましく、１．０〜４．０ｍｍであることが好ましい。凸部２５の幅方向ＤＸの寸法は、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましい。凸部２５の前後方向ＤＹの寸法は、１．０〜５．０ｍｍであることが好ましい。凸部列における凸部２５同士の幅方向ＤＸの間隔は、０．４〜４．０ｍｍであることが好ましい。凸部列同士の前後方向の間隔は、１．０〜５．０ｍｍであることが好ましい。

ガス流通部２０における底壁２１、及び、天壁２３の厚さは、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましい。ガス流通部２０における側壁２２の厚さは、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましい。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、内燃機関への吸気ガスが挙げられる。

熱媒体流通部３０、及び、ガス流通部２０を構成する材料は、炭化ケイ素を主成分として含む炭化ケイ素製の材料である。炭化ケイ素を主成分として含む材料は、熱伝導率が高く、熱交換効率を高くすることができる。ここで、「主成分」とは、５０質量％以上を意味するものとする。

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が接続された状態で構成されている。そして、熱媒体流通部３０の貫通孔Ｃ２とガス流通部２０の貫通孔Ｃ１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の貫通孔Ｃ２は、幅方向ＤＸに延びるように構成され、ガス流通部２０の貫通孔Ｃ１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の貫通孔Ｃ１を流通するガスと、熱媒体流通部３０の貫通孔Ｃ２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４〜９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、脱脂工程、含浸工程を経ることにより製造される。

（成形工程）
成形工程は、シート状の第１成形体１８を成形する第１成形工程と、シート状の第２成形体１９を成形する第２成形工程と、第１成形体１８と第２成形体１９を積層する積層工程とを有する。

[第１成形工程]
第１成形体１８の成形に用いる原料組成物として、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に示すように、この粘土状の混合物を用いて、矩形板状の成形体１７を成形する。この成形体１７は、例えば、押出成形により成形することができる。
次に、図５に示すように、矩形板状の成形体１７をプレス成形して、矩形状の板材で構成される底壁２１と、底壁２１の幅方向ＤＸに対向する一対の端部から立設する側壁２２とを有する第１成形体１８を成形する。底壁２１には、上下方向ＤＺ上方に突出した凸部２５が複数点在した状態で設けられている。プレス成形は、矩形板状の成形体１７の下方に平板状の金型（図示せず）を配置するとともに、矩形板状の成形体１７の上方に第１成形体１８の上面と凹凸関係が逆に構成された金型（図示せず）を配置して、上下両方から金型同士が近づく方向にプレスして行う。矩形板状の成形体１７が厚さ方向に押圧されることによって、凸部２５と側壁２２とを有する第１成形体１８が得られる。プレス成形によって、金型の形状に応じた凸部２５を作製することができるため、凸部２５を微細化したり、凸部２５を密集した状態で形成することが容易になる。

[第２成形工程]
第２成形体１９の成形に用いる原料組成物としては、第１成形体１８と同じ原料組成物からなる粘土状の混合物を用いる。この粘土状の混合物を用いて、第１成形工程と同様に矩形板状の成形体１７を成形する。

次に、図６に示すように、矩形板状の成形体１７をプレス成形して、側壁３２と、中央壁３３とを有するシート状の第２成形体１９を成形する。プレス成形には、矩形板状の成形体１７の下方に平板状の金型（図示せず）を配置するとともに、矩形板状の成形体１７の上方に第２成形体１９の上面と凹凸関係が逆に構成された金型（図示せず）を配置して、上下両方から金型同士が近づく方向にプレスして行う。矩形板状の成形体１７が厚さ方向に押圧されることによって、側壁３２と中央壁３３を有する第２成形体１９が得られる。

[積層工程]
図７に示すように、第１成形体１８と第２成形体１９を所定の順番で積層して、成形体（積層体２４）を形成する。第１成形体１８の側壁２２上に、他の第１成形体１８の底壁２１又は第２成形体１９の底壁３１が載置される。また、第２成形体１９の側壁３２上に、第１成形体１８の底壁２１が載置される。上端に位置する第２成形体１９の上部には、天壁３４として、別途、第２成形体の原料組成物と同じ粘土状の混合物を用いて成形した矩形状の板材を配置する。第１成形体１８に設けられた凸部２５と側壁２２は、同じ高さで構成されているため、第１成形体１８の側壁２２上に載置された他の第１成形体１８の底壁２１の下面、又は、第２成形体１９の底壁３１の下面に、凸部２５の先端が当接した状態となる。第１成形体１８の上面側は、後述の脱脂工程及び含浸工程を経て、ガス流通部２０を構成する。第２成形体１９の上面側は、後述の脱脂工程及び含浸工程を経て、熱媒体流通部３０を構成する。

第１成形体１８と第２成形体１９は、接着剤層を介して積層させてもよい。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。必要に応じて、積層体２４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。

（脱脂工程）
脱脂工程は、積層体を加熱することによって、積層体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体が得られる。

（含浸工程）
含浸工程は、多孔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。

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８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内に積層体２４を配置する。図８では、積層体２４について、その断面形状を省略して図示している。積層体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、積層体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、積層体２４の下面の一点又は数点において積層体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、積層体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に載置された積層体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、積層体２４から得られる多孔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内に積層体及び金属ケイ素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９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、積層体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、積層体２４に含まれる有機分が焼失して、積層体２４は多孔体となる。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、積層体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、積層体２４に含まれる有機分が除去された状態の多孔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を通じて多孔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、多孔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。

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、多孔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状態となる。この未焼結の状態は、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、多孔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、多孔体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熱交換器１０を得ることができる。

次に、本実施形態の作用及び効果について記載する。
（１）成形工程は、成形体におけるガス流通路を形成する部位であって、ガスの流通方向及び当該流通方向に交差する方向に点在する複数の凸部が表面に設けられたシート状の第１成形体を成形する第１成形工程を有する。また、成形体における熱媒体流通路を形成する部位を有する第２成形体を成形する第２成形工程と、第１成形体と第２成形体を積層する積層工程とを有する。

第１成形体に、ガスの流通方向及び当該流通方向に交差する方向に点在する複数の凸部が形成されることによって、ガス流通部を流通するガスは、複数の凸部の間を曲線的に流通する。これにより、ガスとガス流通路を形成する区画壁との間に形成される熱の移動を阻害する境界層ができにくくなるため、ガスが整流状態で流通する従来の態様に比べて、ガスによる熱輸送を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。

（２）積層工程において、第１成形体の凸部の先端を、第１成形体に重ねられた第１成形体又は第２成形体に当接させる。凸部を介して、凸部が設けられた第１成形体と、この第１成形体に積層された他の第１成形体又は第２成形体との間における熱伝導を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。

（３）第１成形工程において、凸部はプレス成形で形成される。凸部をプレス成形で形成することにより、凸部を微細化したり、凸部を密集した状態で形成することが容易になる。

（４）凸部が形成された第１成形体における対向する一対の端部には、側壁が設けられており、側壁は、プレス成形で形成される。したがって、凸部と側壁を同時に成形することができるため、熱交換器を効率良く製造することができる。

（５）凸部は、先細形状となるように形成されている。したがって、凸部におけるガスの流通抵抗を小さくすることができる。
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。

・第１流通路を流通する第１流体は、ガスに限定されない。第２流通路を流通する第２流体は、熱媒体に限定されない。第１流体が熱媒体であり、第２流体がガスであってもよい。第１流体と第２流体が両方ともガスであってもよいし、両方とも熱媒体であってもよい。

・第1流通路及び第２流通路を流通する流体は、第１流体及び第２流体のみに限定されない。例えば、第２流通路に第２流体と、第２流体とは異なる第３流体を流通させてもよい。

・ガス流通部と熱媒体流通部の積層形態は、３層のガス流通部と１層の熱媒体流通部を交互に積層した態様に限定されない。ガス流通部と熱媒体流通部の積層形態は、適宜選択することができる。

・本実施形態では、熱媒体流通部の幅方向ＤＸ一端側に熱媒体の流入口が形成され、幅方向ＤＸ他端側に熱媒体の流出口が形成されていたが、この態様に限定されない。幅方向ＤＸ一端側に熱媒体の流出口が形成され、幅方向ＤＸ他端側に熱媒体の流入口が形成されていてもよい。ガス流通部も同様に、流入口と流出口の位置が逆であってもよい。

・凸部の形状は、本実施形態の形状に限定されない。例えば、凸部の縦断面が台形状のような直線的に先細となる形状であってもよい。凸部は、先細形状でなくてもよく、円柱状や、角柱状であってもよい。

・凸部の先端は、ガス流通部に重ねられた他のガス流通部又は熱媒体流通部の下面に当接していなくてもよい。すなわち、凸部の高さは、ガス流通部の側壁の高さより低くてもよい。

・図１０に示すように、本実施形態の凸部２５の断面形状は、底壁２１の下面側が平面で構成されるが、この態様に限定されない。プレス工程において、矩形板状の成形体の下方に平板状の金型を用いることに代えて、上方に突出した金型を用いることによって、例えば、図１１に示すような、底壁２１の下面側に凹部２６が形成された凸部２５を形成してもよい。底壁２１の下面側に凹部２６が形成されることによって、下面側の表面積を大きくすることができる。

・図１２に示すように、凸部２５は、ガス流通部２０の底壁２１の上面側と下面側の両方に設けられていてもよい。
・凸部の形成方法は、プレス成形に限定されない。例えば、別途、凸部のみを成形しておいて、第１成形体の底壁上に接合してもよいし、第１成形体を射出成形してもよい。

・凸部の配置構成は、本実施形態の配置構成に限定されない。すなわち、複数の凸部が、幅方向ＤＸに沿って等間隔で配列した凸部列を有し、この凸部列が、前後方向ＤＹに沿って等間隔で複数並設された構成に限定されない。複数の凸部が、ガスの流通方向及び当該流通方向に交差する方向に点在していれば、例えば、凸部が不規則（ランダム）に配置された構成であってもよい。

・本実施形態において、第１成形体の側壁は、プレス成形によって形成されていたが、この態様に限定されない。例えば、プレス成形によって凸部を形成した後、別途成形した側壁を接合してもよい。また、底壁と側壁が一体となった状態で押出し成形した後、プレス成形で凸部のみを形成してもよい。

・本実施形態において、第２成形体の側壁は、プレス成形によって形成されていたが、この態様に限定されない。例えば、第２成形体を、底壁と側壁が一体となった状態で押出し成形してもよい。底壁と側壁を別々に成形した後、両者を接合してもよい。

・熱媒体流通部は、熱媒体流通路を構成する２つの貫通孔が形成された態様に限定されない。各側壁の中間位置に設けられた中央壁に代えて、複数の立壁を設けることによって、３つ以上の貫通孔が形成されていてもよい。中央壁を省略して、１つの貫通孔が形成されていてもよい。

・熱媒体流通部は、シート状の第２成形体を用いて形成する態様に限定されない。熱媒体流通部として、複数のセルが配列したハニカム構造体を用いてもよい。
・脱脂工程と含侵工程の間に焼成工程を入れてもよい。脱脂された多孔体を焼成することにより、多孔体の強度を向上させ、含侵工程において破損することを防ぐことができる。焼成工程では、温度を２１００℃〜２２５０℃、保持時間を１〜５時間とすることができる。

Ｒ１…第１流通路（ガス流通路）、Ｒ２…第２流通路（熱媒体流通路）、１０…熱交換器、１８…第１成形体、１９…第２成形体。

Claims (5)

1. 複数の第１流通路と、複数の第２流通路と、前記第１流通路と前記第２流通路を区画する区画壁とを備え、前記第１流通路を流通する第１流体と、前記第２流通路を流通する第２流体との間で前記区画壁を介して熱交換が行われる炭化ケイ素製の熱交換器の製造方法であって、
   炭化ケイ素粒子を含む原料組成物を用いて、前記第１流通路及び前記第２流通路を備える成形体を成形する成形工程と、
   前記成形体を脱脂して多孔体を作製する脱脂工程と、
   前記多孔体に金属ケイ素を含浸させる含浸工程とを有し、
   前記成形工程は、
   前記成形体における前記第１流通路を形成する部位であって、前記第１流体の流通方向及び当該流通方向に交差する方向に点在する複数の凸部が表面に設けられたシート状の第１成形体を成形する第１成形工程と、
   前記成形体における前記第２流通路を形成する部位を有する第２成形体を成形する第２成形工程と、
   前記第１成形体と前記第２成形体を積層する積層工程とを有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
2. 前記積層工程において、前記第１成形体の前記凸部の先端を、前記第１成形体に重ねられた前記第１成形体又は前記第２成形体に当接させる請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
3. 前記第１成形工程において、前記凸部はプレス成形で形成される請求項１又は２に記載の熱交換器の製造方法。
4. 前記凸部が形成された第１成形体における対向する一対の端部には、側壁が設けられており、
   前記側壁は、プレス成形で形成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。
5. 前記凸部は、角柱状もしくは楕円柱状となるように形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱交換器の製造方法。