JP2021025732A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱媒体流通路内の熱媒体が凍結することに起因する熱媒体の漏れを抑制できる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１０の熱媒体流通路Ｒ２は、流入口１５ａを有する流入路１４ａと、流出口１５ｂを有する流出路１４ｂと、流入路１４ａと流出路１４ｂとを連通する連通路１３とを備えるＵ字状に形成されている。流入路１４ａと流出路１４ｂとの間を仕切るとともに連通路１３の壁部を構成する仕切壁１２ｄを備え、仕切壁１２ｄは、連通路１３の壁面を構成する仕切壁以外の区画壁よりも強度が低い。【選択図】図５

Description

本発明は、セラミック製の熱交換器に関する。

特許文献１に開示される熱交換器は、ガス流通路と、熱媒体流通路と、ガス流通路及び熱媒体流通路を区画する区画壁とを備えるセラミック製のハニカム構造体により構成され、ガス流通路を流通するガスと、熱媒体流通路を流通する液状の熱媒体との間で熱交換を行う。特許文献１の熱交換器の熱媒体流通路は、外部に開口する流入路及び流出路と、流入路と流出路とを連通する複数のセルとから構成されている。

特開２０１５−１４０２７３号公報

ところで、特許文献１の熱交換器を、内部に熱媒体が溜まった状態として熱媒体が凍結する条件に曝した場合、流入路と流出路とを連通する各セル内の熱媒体が凍結した際の膨張圧によって、流入路と流出路とを連通する各セルを区画する区画壁にクラックが生じる虞がある。区画壁にクラックが生じた場合、熱媒体が液体に戻った際に、上記クラックを通じて熱交換器の外部又はガス流通路に熱媒体が漏れることが考えられる。

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、熱媒体流通路内の熱媒体が凍結することに起因する熱媒体の漏れを抑制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熱交換器は、ガス流通路と、熱媒体流通路と、上記ガス流通路及び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熱交換が行われるセラミック製の熱交換器であって、上記熱媒体流通路は、流入口を有する流入路と、流出口を有する流出路と、上記流入路と上記流出路とを連通する連通路とを備えるＵ字状に形成され、上記区画壁は、上記流入路と上記流出路との間を仕切るとともに上記連通路の壁面を構成する仕切壁を備え、上記仕切壁は、上記連通路の壁面を構成する上記仕切壁以外の上記区画壁よりも強度が低い。

上記構成によれば、連通路内の熱媒体が凍結した際の膨張圧によって、連通路の内部応力が過度に上昇した際に、相対的に強度の低い仕切壁に優先的にクラックが生じる。これにより、連通路の内部応力の上昇が緩和されて、連通路を区画する仕切壁以外の区画壁にクラックが生じ難くなる。

仕切壁は、流入路と流出路との間を仕切る壁部であることから、連通路側から仕切壁にクラックが生じたとしても、クラックが熱交換器の外部に達するまでの距離が長くなるため、外部への液漏れが生じ難い。また、仕切壁に生じたクラックが達した先が、流入路又は流出路であれば、実質的に熱媒体流路の外に熱媒体が漏れることはない。したがって、上記構成によれば、仕切壁に優先的にクラックを生じさせて、連通路を区画する仕切壁以外の区画壁にクラックを生じ難くすることにより、熱交換器の外部及び連通路に隣接するガス流通路へのクラックを通じた熱媒体の漏れを抑制できる。

上記熱交換器において、上記仕切壁は、上記流入路の壁面を構成する上記仕切壁以外の上記区画壁よりも強度が低いことが好ましい。
上記構成によれば、流入路内の熱媒体が凍結した際の膨張圧によって、流入路の内部応力が過度に上昇した際に、相対的に強度の低い仕切壁に優先的にクラックが生じる。これにより、熱交換器の外部及び流入路に隣接するガス流通路へのクラックを通じた熱媒体の漏れを抑制できる。

上記熱交換器において、上記仕切壁は、上記流出路の壁面を構成する上記仕切壁以外の上記区画壁よりも強度が低いことが好ましい。
上記構成によれば、流出路内の熱媒体が凍結した際の膨張圧によって、流出路の内部応力が過度に上昇した際に、相対的に強度の低い仕切壁に優先的にクラックが生じる。これにより、熱交換器の外部及び流出路に隣接するガス流通路へのクラックを通じた熱媒体の漏れを抑制できる。

上記熱交換器において、上記区画壁は、炭化ケイ素を主成分として含有し、上記仕切壁は、上記連通路の壁面を構成する上記仕切壁以外の上記区画壁よりも炭化ケイ素の体積含有率が低いことが好ましい。

上記構成によれば、仕切壁の強度を容易に調整できる。

本発明の熱交換器によれば、熱媒体流通路内の熱媒体が凍結することに起因する熱媒体の漏れを抑制できる。

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。 図１の４−４線断面図。 図１の５−５線断面図。 第１成形体の斜視図。 熱媒体流通路形成工程の説明図。 第２成形体の斜視図。 脱脂工程の説明図。 含浸工程の説明図。

以下、熱交換器の一実施形態を説明する。
熱交換器１０は、セラミック材料により構成されている。上記セラミック材料は、特に限定されるものではなく、公知のセラミック製の熱交換器に用いられる材料を用いることができる。上記セラミック材料としては、例えば、炭化ケイ素、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の窒化物が挙げられる。これらの中でも、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。

図１〜５に示すように、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、３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、図２、３に示すように、区画壁１２は、所定の隣り合う第２区画壁１２ｂ同士の間を部分的に接続するように配置され、縦側壁１１ｂに平行な第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄを備える。

図５に示すように、第３区画壁１２ｃは、縦側壁１１ｂの軸方向の両端部に位置する側縁に沿って上下方向に延びる一対の端壁部１２ｃ１と、縦側壁１１ｂの下縁に沿って軸方向に延びるとともに一対の端壁部１２ｃ１に接続される下壁部１２ｃ２とを備えるＵ字状に形成されている。仕切壁１２ｄは、Ｕ字状の第３区画壁１２ｃの内側に所定の間隔をあけて配置され、縦側壁１１ｂの上縁中央部から下方へ延びる矩形状に形成されている。

図２〜４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、５に示すように、周壁１１の内部には、第２区画壁１２ｂ、第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄによって、軸方向に並ぶ一対の流入路１４ａ及び流出路１４ｂと、軸方向に延びるとともに流入路１４ａと流出路１４ｂとを連通する連通路１３とが形成されている。流入路１４ａ、流出路１４ｂ、及び連通路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。図１に示すように、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。

図５に示すように、仕切壁１２ｄは、流入路１４ａと流出路１４ｂとの間を仕切る壁部であり、流入路１４ａ及び流出路１４ｂにおける軸方向内側の壁面を構成するとともに、連通路１３における上側の壁面を構成している。第３区画壁１２ｃは、流入路１４ａ及び流出路１４ｂの軸方向外側の壁面を構成するとともに、連通路１３の下側の壁面を構成している。

仕切壁１２ｄは、区画壁１２を構成する他の壁部である第１区画壁１２ａ、第２区画壁１２ｂ、及び第３区画壁１２ｃよりも強度が低くなっている。第１区画壁１２ａ、第２区画壁１２ｂ、及び第３区画壁１２ｃの強度は同じである。仕切壁１２ｄの強度を調整する方法は特に限定されるものではなく、公知の調整方法を採用できる。例えば、炭化ケイ素を主成分として含有する区画壁１２を採用する場合、仕切壁１２ｄにおける炭化ケイ素の体積含有率を、区画壁１２を構成する他の壁部の体積含有率よりも低くすることによって、仕切壁の相対的な強度を容易に低下させることができる。仕切壁１２ｄにおける炭化ケイ素の体積含有率を低くする方法としては、例えば、仕切壁１２ｄの炭化ケイ素の組成比を相対的に低くする方法、仕切壁１２ｄの気孔率を相対的に低くする方法が挙げられる。

図２に示すように、第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄの厚さＴは、第１区画壁１２ａ及び第２区画壁１２ｂよりも厚く構成され、ガス流通セルＣの幅方向（図中左右方向）の寸法と同等以上になるように構成されている。ここで、第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄの厚さＴとは、ガス流通セルＣの幅方向における第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄの寸法を意味するものとする。

第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄの厚さＴは、ガス流通セルＣの幅方向の寸法（流路幅）に対して、１．５〜５．０倍であることが好ましい。なお、第１区画壁１２ａ及び第２区画壁１２ｂの厚さは、例えば、０．１〜０．５ｍｍであり、第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄの厚さＴは、例えば、０．５〜５．０ｍｍである。また、第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄの厚さＴは、ガス流通セルＣの幅方向（図中左右方向）における、流入路１４ａ及び流出路１４ｂの寸法Ｕ（図３参照）と等しくなるように構成される。

次に、ガス流通路Ｒ１を構成するガス流通セルＣについて説明する。
図２〜４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。セル列Ｃａは、周壁１１の横側壁１１ａに沿って４列設けられている。図２、３に示すように、４列のセル列Ｃａと４列のセル列Ｃａとの間に第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄが配置されている。そして、４列のセル列Ｃａの隣であって、第３区画壁１２ｃ及び仕切壁１２ｄの間に流入路１４ａ、流出路１４ｂ及び連通路１３が配置されている。そして、これら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５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の下側の端部に連通される連通路１３とを備えるＵ字状に形成されている。流入路１４ａ及び流出路１４ｂは、軸方向における中央に配置される仕切壁１２ｄを挟んで軸方向に並設されている。また、流入路１４ａ及び流出路１４ｂは、軸方向に直交する方向に平行に延びるように形成されている。

熱交換効率を高める観点において、流入路１４ａの軸方向の長さと流出路１４ｂの軸方向の長さとの合計は、ガス流通セルＣの軸方向の長さの１／２以上であることが好ましい。また、流入路１４ａ及び流出路１４ｂの上下方向の長さは、流入路１４ａ及び流出路１４ｂの下端が熱交換器１０の中心よりも下側に位置する長さであることが好ましい。

図２、３に示すように、ガス流通セルＣの幅方向（図中左右方向）において、熱媒体流通路Ｒ２の両側にガス流通セルＣが設けられ、熱媒体流通路Ｒ２は、第２区画壁１２ｂを介してガス流通セルＣに隣接している。

図５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を通って連通路１３へと流通する。連通路１３へ流通した熱媒体は、軸方向に沿って流入路１４ａ側から流出路１４ｂ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。

熱媒体流通路Ｒ２を流通する熱媒体としては、水を用いることができる。
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６〜１０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、熱媒体流通路形成工程、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６に示すように、この粘土状の混合物を用いて、ガス流通セルＣが縦方向に８個配列したセル列を備え、このセル列が横方向に４列設けられた矩形筒状の成形体（第１成形体２０）を成形する。必要に応じて、得られた第１成形体２０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。

（熱媒体流通路形成工程）
熱媒体流通路形成工程は、成形工程で得られた複数の成形体の間に層間材を用いて熱媒体流通路を形成する工程である。

図７に示すように、第１成形体２０の側面におけるガス流通セルＣの延びる方向の両端部、及び第１成形体２０の側面における下端部に、層間材２１として、第１成形体２０の原料と同じ粘土状の混合物を塗布する。層間材２１は、後の工程を経て第３区画壁１２ｃとなる部分であり、開放部が上方を向いたＵ字状に塗布される。また、層間材２２として、第１成形体２０の原料と組成の異なる粘土状の混合物を塗布する。層間材２２は、後の工程を経て仕切壁１２ｄとなる部分であり、第１成形体２０の側面の中央上端部から下方に延びる矩形状に塗布される。

層間材２２に用いられる粘土状の混合物は、仕切壁１２ｄとなった際に、炭化ケイ素の体積含有率が相対的に低くなるように調製される。例えば、仕切壁１２ｄの炭化ケイ素の組成比が相対的に低くなるように、炭化ケイ素粒子の配合比率を変化させた混合物とする。また、仕切壁１２ｄの気孔率が高くなるように、アルミナ等の後の含侵工程で含侵する金属ケイ素に対する濡れ性が低い添加剤を含有させた混合物とする。

層間材２１、２２を塗布した第１成形体２０には、必要に応じて乾燥処理が行われる。層間材２１、２２の厚さは、特に限定されないが、ガス流通セルＣの流路幅に対して、１．０〜５．０倍であることが好ましい。

図８に示すように、層間材２１、２２を塗布した第１成形体２０を重ね合わせることにより、４個の第１成形体２０の間に、層間材２１、２２が配置された成形体（第２成形体２３）を作製する。ここで、第１成形体２０の側面に層間材２１、２２を塗布する方法に代えて、予め、層間材２１、２２をコ字状等の形状に成形した後、複数の第１成形体２０間に配置してもよい。

（脱脂工程及び含浸工程）
脱脂工程は、第２成形体２３を加熱することによって、第２成形体２３に含まれる有機分を焼失させる工程である。図９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。含浸工程においては、脱脂体３０に対して金属ケイ素の塊を接触させた状態として、金属ケイ素の融点以上（例えば、１４５０℃以上）に加熱する。これにより、図１０に示すように、溶融した金属ケイ素が毛細管現象によって、脱脂体の骨格部分を構成する粒子間の隙間へ入り込み、同隙間に金属ケイ素が含浸される。

含浸工程の加熱処理は、脱脂工程の加熱処理から連続して行ってもよい。例えば、加工成形体に対して金属ケイ素の塊を接触させた状態として、金属ケイ素の融点未満の温度で加熱することにより有機分を除去して脱脂体とした後、加熱温度を金属ケイ素の融点以上に上昇させ、溶融した金属ケイ素を脱脂体に含浸させる。

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の内部に複数のガス流通セルＣ及び複数の熱媒体流通路Ｒ２を区画する区画壁１２とを備える熱交換器１０が得られる。そして、区画壁１２を構成する他の壁部よりも強度が低い仕切壁１２ｄが形成される。

次に、本実施形態の作用及び効果について記載する。
（１）熱交換器は、ガス流通路と、熱媒体流通路と、ガス流通路及び熱媒体流通路を区画する区画壁とを備えている。熱媒体流通路は、流入口を有する流入路と、流出口を有する流出路と、流入路と流出路とを連通する連通路とを備えるＵ字状に形成されている。区画壁は、流入路と流出路との間を仕切るとともに連通路の壁部を構成する仕切壁を備える。仕切壁は、連通路の壁面を構成する仕切壁以外の区画壁である第２区画壁及び第３区画壁の下壁部よりも強度が低い。

上記構成によれば、連通路内の熱媒体が凍結した際の膨張圧によって、連通路の内部応力が過度に上昇した際に、相対的に強度の低い仕切壁に優先的にクラックが生じる。これにより、連通路の内部応力の上昇が緩和されて、連通路を区画する仕切壁以外の区画壁にクラックが生じ難くなる。

仕切壁は、流入路と流出路との間を仕切る壁部であることから、連通路側から仕切壁にクラックが生じたとしても、クラックが熱交換器の外部に達するまでの距離が長くなるため、外部への液漏れが生じ難い。また、仕切壁に生じたクラックが達した先が、流入路又は流出路であれば、実質的に熱媒体流路の外に熱媒体が漏れることはない。したがって、上記構成によれば、仕切壁に優先的にクラックを生じさせて、連通路を区画する仕切壁以外の区画壁にクラックを生じ難くすることにより、熱交換器の外部及び連通路に隣接するガス流通路へのクラックを通じた熱媒体の漏れを抑制できる。

（２）仕切壁は、流入路の壁面を構成する仕切壁以外の区画壁である第２区画壁及び第３区画壁の端壁部よりも強度が低い。
上記構成によれば、流入路内の熱媒体が凍結した際の膨張圧によって、流入路の内部応力が過度に上昇した際に、相対的に強度の低い仕切壁に優先的にクラックが生じる。これにより、上記（１）の効果と同様に、熱交換器の外部及び流入路に隣接するガス流通路へのクラックを通じた熱媒体の漏れを抑制できる。

（３）仕切壁は、流出路の壁面を構成する仕切壁以外の区画壁である第２区画壁及び第３区画壁の端壁部よりも強度が低い。
上記構成によれば、流出路内の熱媒体が凍結した際の膨張圧によって、流出路の内部応力が過度に上昇した際に、相対的に強度の低い仕切壁に優先的にクラックが生じる。これにより、上記（１）の効果と同様に、熱交換器の外部及び流出路に隣接するガス流通路へのクラックを通じた熱媒体の漏れを抑制できる。

（４）熱交換器は、炭化ケイ素を主成分として含有する。仕切壁は、連通路の壁面を構成する仕切壁以外の区画壁よりも炭化ケイ素の体積含有率が低い。
上記構成によれば、仕切壁の強度を容易に調整できる。

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。
・仕切壁の強度は、流入路の壁面を構成する仕切壁以外の区画壁である第２区画壁及び第３区画壁の端壁部の強度以上であってもよい。

・仕切壁の強度は、流出路の壁面を構成する仕切壁以外の区画壁である第２区画壁及び第３区画壁の端壁部の強度以上であってもよい。
・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、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。

・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。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。

以下、上記実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。
仕切壁の強度を異ならせた実施例１〜３及び比較例１の熱交換器を作製し、充填した熱媒体を凍結させた際の挙動を観察した。

ガス流通セルが縦方向に２７個配列したセル列を備え、このセル列が横方向に４列設けられた矩形筒状の第１成形体を成形した。第１成形体の各壁の壁厚は、０．１５ｍｍとし、セルサイズは、縦０．９８ｍｍ×横０．９８ｍｍ×長さ８０ｍｍとした。第１成形体の材料として、含浸工程後、炭化ケイ素の体積含有率が６０％、気孔率が０％となる壁が形成される組成の材料を用いた。

第１成形体の側面に対して、流入路、流出路、及び連通路を形成するように、厚さ３ｍｍの層間材を塗布した。流入路の幅（軸方向の長さ）、流出路の幅（軸方向の長さ）、連通路の幅（縦方向（上下方向）の長さ）が全て２０ｍｍとなり、第３区画壁となる層間材の幅（外周からの長さ）が全て５ｍｍなるように層間材を塗布した。

ここで、第３区画壁となる層間材の材料として、含浸工程後、炭化ケイ素の体積含有率が６０％、気孔率が０％となる壁が形成される組成の材料を用いた。また、仕切壁となる層間材の材料として、含浸工程後、炭化ケイ素の体積含有率が６０％、気孔率が表１に示す数値となる仕切壁が形成される組成の材料を用いた。気孔率は、材料にアルミナを含有させて、金属ケイ素に対する濡れ性を低下させることにより調整した。

層間材を挟んで８個の第１成形体を重ね合わせた第２成形体を作製し、脱脂工程及び含浸工程を実施することにより実施例１〜３及び比較例１の熱交換器を得た。
得られた実施例１〜３及び比較例１の熱交換器の熱媒体流路である流入路、流出路、及び連通路に熱媒体としての水を充填した状態とし、−１９℃の恒温槽に２時間放置した後に目視でクラックの有無を確認した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、仕切壁とその他の区画壁の気孔率が同じで、強度が同じである比較例１の場合、充填した熱媒体を凍結させた際に、その他の区画壁にクラックが生じ、仕切壁にはクラックは生じなかった。一方、仕切壁の気孔率をその他の区画壁の気孔率よりも高く、強度を低くした実施例１〜３の場合、充填した熱媒体を凍結させた際に、仕切壁にクラックが生じ、その他の区画壁にはクラックは生じなかった。この結果から、その他の区画壁よりも仕切壁の強度を低くすることにより、充填した熱媒体を凍結させた際に発生するクラックの位置が仕切壁に誘導されて、その他の区画壁にクラックが生じ難くなることが分かる。

Ｒ１…ガス流通路、Ｒ２…熱媒体流通路、１０…熱交換器、１１…周壁、１２…区画壁、１２ａ…第１区画壁、１２ｂ…第２区画壁、１２ｃ…第３区画壁、１２ｃ１…端壁部、１２ｃ２…下壁部、１２ｄ…仕切壁、１３…連通路、１４ａ…流入路、１４ｂ…流出路、１５ａ…流入口、１５ｂ…流出口、２０…第１成形体、２１、２２…層間材、２３…第２成形体、３０…脱脂体、Ｒ１…ガス流通路、Ｒ２…熱媒体流通路。

Claims (4)

1. ガス流通路と、熱媒体流通路と、前記ガス流通路及び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熱交換が行われるセラミック製の熱交換器であって、
   前記熱媒体流通路は、流入口を有する流入路と、流出口を有する流出路と、前記流入路と前記流出路とを連通する連通路とを備えるＵ字状に形成され、
   前記区画壁は、前記流入路と前記流出路との間を仕切るとともに前記連通路の壁面を構成する仕切壁を備え、
   前記仕切壁は、前記連通路の壁面を構成する前記仕切壁以外の前記区画壁よりも強度が低いことを特徴とする熱交換器。
2. 前記仕切壁は、前記流入路の壁面を構成する前記仕切壁以外の前記区画壁よりも強度が低い請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記仕切壁は、前記流出路の壁面を構成する前記仕切壁以外の前記区画壁よりも強度が低い請求項１又は請求項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有し、
   前記仕切壁は、前記連通路の壁面を構成する前記仕切壁以外の前記区画壁よりも炭化ケイ素の体積含有率が低い請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。