JP2021124268A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器 Download PDF

Info

Publication number
JP2021124268A
JP2021124268A JP2020019850A JP2020019850A JP2021124268A JP 2021124268 A JP2021124268 A JP 2021124268A JP 2020019850 A JP2020019850 A JP 2020019850A JP 2020019850 A JP2020019850 A JP 2020019850A JP 2021124268 A JP2021124268 A JP 2021124268A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow passage
cell
partition wall
fluid
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020019850A
Other languages
English (en)
Inventor
祥啓 古賀
Yoshihiro Koga
祥啓 古賀
学 松本
Manabu Matsumoto
学 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP2020019850A priority Critical patent/JP2021124268A/ja
Publication of JP2021124268A publication Critical patent/JP2021124268A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

【課題】熱交換効率を向上させる。【解決手段】熱交換器10は、第1流通路を流通する第1流体と、第2流通路を流通する第2流体との間で区画壁を介して熱交換が行われる。第1流通路は直線状に延びるとともに、第1流通路の総開口面積は第2流通路の総開口面積よりも大きく構成されており、区画壁における第1流通路同士を区画する箇所にスリット12cが形成されている。【選択図】図3

Description

本発明は、熱交換器に関する。
特許文献1は、熱交換器等に用いられるハニカム構造体について記載している。
図17に示すように、ハニカム構造体50は、第1流体が流通する複数の第1流通路51と、第2流体が流通する複数の第2流通路52と、第1流通路51と第2流通路52を区画する区画壁とを備えている。第1流通路51を流通する第1流体と、第2流通路52を流通する第2流体との間で区画壁を介して熱交換を行うことができるように構成されている。
特開2015−140273号公報
特許文献1のハニカム構造体50において、複数の第1流通路51は、それぞれ独立して直線状に延びているため、第1流通路51を流通する第1流体の流れは層流になりやすい。第1流体の流れが層流になると、第1流通路51の延びる方向に沿って第1流通路51を見た際に、第1流体における区画壁の近くを流通するものと、第1流通路51の中央側を流通するものとが混合されにくくなる。第1流通路51の中央側を流通する第1流体は熱交換に寄与しにくくなるため、区画壁を介した第1流体と第2流体の間の熱交換効率が低下する虞があった。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、熱交換効率が向上し得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、第1流体が流通する複数の第1流通路と、第2流体が流通する複数の第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熱交換器であって、上記第1流通路は直線状に延びるとともに、上記第1流通路の総開口面積は上記第2流通路の総開口面積よりも大きく構成されており、上記区画壁における上記第1流通路同士を区画する箇所にスリットが形成されていることを要旨とする。
上記構成によれば、第1流通路の総開口面積が第2流通路の総開口面積よりも大きく構成されていることにより、第1流体の流速を低下させることができる。そのため、第1流体と区画壁の間における熱の伝達をより多く行うことができる。さらに、第1流通路を流通する第1流体は、スリットを介して一つの第1流通路から他の第1流通路へと移動しながら流通することが可能になるため、第1流体の流れが乱流になりやすい。これにより、第1流体における区画壁の近くを流通するものと、第1流通路の中央側を流通するものとを好適に混合することができるため、区画壁を介した第1流体と第2流体の間の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、上記第2流通路は直線状に延びており、上記第2流通路の延びる方向は、上記第1流通路の延びる方向と交差していることが好ましい。この構成によれば、第1流通路と第2流通路の両方が直線状に延びた構成となるため、熱交換器の構成をより簡略化することができる。また、第2流通路を流通する第2流体の流通抵抗を相対的に小さくすることができるため、熱交換を行う第2流体の処理量を多くすることが可能になり、区画壁を介した第1流体と第2流体の間の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、上記スリットは、上記第1流通路の延びる方向に沿って複数設けられ、上記第1流通路の延びる方向において隣り合うスリット同士の間隔は、同方向における各スリットの長さよりも大きいことが好ましい。この構成によれば、第1流通路同士を区画する区画壁において、スリット同士の間に位置する区画壁の長さが相対的に長くなり、区画壁の熱容量が大きくなる。第1流体から第1流通路同士を区画する区画壁への熱伝達が向上し、また、第1流通路同士を区画する区画壁を、第1流通路と第2流通路の間を区画する区画壁への熱伝導に好適に利用することができるため、熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。
本発明の熱交換器について、複数の上記第1流通路は、上記区画壁を介して並設されており、上記第1流通路が並設された方向に沿って上記第1流通路を見た際に、同方向において隣り合う区画壁にそれぞれ形成されたスリットは、少なくとも一部が重なるように構成されていることが好ましい。この構成によれば、スリットを通過して一つの第1流通路から他の第1流通路へと移動した第1流体が、さらに隣り合う区画壁に形成されたスリットを通過して別の第1流通路へと移動しやすくなる。第1流体の流れが、より乱流になりやすくなるため、熱交換器の熱交換効率をより向上させることができる。
本発明の熱交換器によれば、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2の3−3線断面図。 図2の4−4線断面図。 成形工程の説明図。 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加工の加工治具を挿入した状態の説明図)。 加工工程の説明図(第2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3加工の説明図)。 脱脂工程の説明図。 含浸工程の説明図。 変更例の第1流通路の断面図。 別の変更例の第1流通路の断面図。 さらに別の変更例の第2流通路の断面図。 さらに別の変更例の第1流通路の断面図。 従来技術の熱交換器の斜視図。
熱交換器の一実施形態を説明する。
図1、2に示すように、熱交換器10は、矩形筒状の周壁11と、周壁11の内部を複数のセル13に区画する区画壁12とを備えている。
以下では、周壁11の軸方向から熱交換器10を見た場合における上下方向、左右方向、及び、前後方向をそれぞれ、熱交換器10の上下方向、左右方向、及び、前後方向として説明する。
複数のセル13は、第1流体が流通する第1流通路として機能する第1セル13aと、第2流体が流通する第2流通路として機能する第2セル13bとを有している。
矩形筒状の周壁11は、左右方向に対向する一対の縦側壁11aと、上下方向に対向する一対の横側壁11bとを有し、前後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。
図2に示すように、区画壁12は、前後方向に直交する断面において、縦側壁11aと平行な区画壁12aと、横側壁11bに平行な区画壁12bとで格子状をなすように構成されている。
格子状をなす区画壁12a、12bによって、複数の第1セル13aが区画されている。また、縦側壁11aと区画壁12aと後述する封止部23とによって、もしくは、対向する2つの区画壁12aと後述する封止部23とによって、複数の第2セル13bが区画されている。さらに、区画壁12aによって、第1セル13aと第2セル13bの間が区画されている。
第1セル13aについて説明する。
図3に示すように、第1セル13aは、前後方向の両端部が共に開放されており、前後方向に直線状に延びている。両端部の一方が第1流体の流入口14aであり、両端部の他方が第1流体の流出口14bである。矢印Aで示すように、第1流体は第1セル13aを前後方向に流通する。
第1セル13aは、上下方向に沿って設けられたセル列を有する。言い換えれば、第1セル13aは、上下方向に沿って複数並設されている。さらに、セル列は、左右方向に沿って複数列(図1では4列ずつ)設けられている。
区画壁12が構成する第1セル13aのセル構造は特に限定されるものではないが、例えば、区画壁12の壁厚が0.1〜0.5mmであり、セル密度が、前後方向に直交する断面1cmあたり15〜93セルであるセル構造とすることができる。
図3に示すように、上下方向に沿って設けられたセル列において、第1セル13a同士を区画する区画壁12bには、区画壁12bを貫通するスリット12cが形成されている。スリット12cが形成されていることによって、矢印Bで示すように、第1流体は一つの第1セル13aから他の第1セル13aへと移動しながら流通することができる。
スリット12cは、前後方向に略一定の間隔L1をおいて複数設けられている。前後方向における各スリット12cの長さL2は、略一定に構成されている。
一つの区画壁12bに形成されるスリット12cの数は、特に限定されないが、2〜20個であることが好ましく、3〜15個であることがより好ましい。
L1及びL2の長さは特に限定されないが、L1はL2よりも長いことが好ましい。具体的には、L1及びL2の長さが、L2<L1≦(L2×10)の関係を満たすことが好ましく、(L2×1.5)≦L1≦(L2×5)の関係を満たすことがより好ましい。L1の長さがL2の長さよりも長いことにより、第1セル13a同士を区画する区画壁12bにおいて、スリット12c同士の間に位置する区画壁12bの長さが相対的に長くなる。
また、L1及びL2の長さが上記数値範囲を満たすことにより、スリット12c同士の間に位置する区画壁12bの長さを相対的に長くしつつ、第1セル13a同士を繋ぐスリット12cの長さL2を好適なものとすることができる。
図3に示すように、左右方向から見て、スリット12c同士の間に位置する区画壁12bの前後方向の両端部には、前後方向である第1セル13aの延びる方向に対して上方に傾斜した傾斜面12dが形成されている。
ここで、傾斜面12dは、上下方向のいずれかに傾斜した平面状の面を意味するものとする。平面状の面は、平面のみで構成された態様だけでなく、大部分が平面で構成され全体として平面状となった態様を含むものとする。
傾斜面12dの傾斜角度αは、特に限定されないが、10〜80°であることが好ましく、15〜70°であることがより好ましい。傾斜面12dの作製方法については後述する。
また、上下方向である第1セル13aが並設された方向に沿って第1セル13aを見た際に、同方向において隣り合う区画壁12bにそれぞれ形成されたスリット12cは、一部が重なるように構成されている。
第2セル13bについて説明する。
図4に示すように、第2セル13bは、前後方向において区画壁12の両端部が封止されるとともに、上下方向において周壁11の両端部に開口15が設けられることによって形成されている。両開口15の間に位置する区画壁12bは除去されており、上下方向に沿って両開口15の間に連通部16が設けられている。両開口15の一方が第2流体の流入口15aであり、両開口15の他方が第2流体の流出口15bである。第2セル13bは、上下方向に直線状に延びており、第2セル13bの延びる方向は、第1セル13aの延びる方向と直交した状態で交差している。矢印Cで示すように、第2流体は第2セル13bを上下方向に流通する。
図1に示すように、第2セル13bは、第1セル列の複数列(4列)毎に1つ配置されている。
第1セル13aの総開口面積は、第2セル13bの総開口面積よりも大きく構成されている。ここで、第1セル13aの総開口面積とは、第1流体の流入口14aの総開口面積を意味するものとする。具体的には、各第1セル13aの流入口14aにおける面積を、全ての第1セル13aで合計した面積を意味するものとする。
第2セル13bの総開口面積とは、第2流体の流入口15aの総開口面積を意味するものとする。具体的には、各第2セル13bの流入口15aにおける面積を、全ての第2セル13bで合計した面積を意味するものとする。
上記構成の熱交換器10は、第1セル13aを流れる第1流体と、第2セル13bを流れる第2流体との間で、区画壁12を介して熱交換を行うことができるように構成されている。
第1流体、及び、第2流体としては、特に限定されず、熱交換器10に用いられる公知の熱媒体を挙げることができる。公知の熱媒体としては、例えば、ガスや液状の熱媒体を挙げることができる。ガスとしては、例えば、内燃機関の排気ガスが挙げられる。液状の熱媒体としては、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。
熱交換器10の矩形筒状の周壁11と、区画壁12とを構成する材料は特に限定されるものではなく、公知の熱交換器に用いられる材料を用いることができ、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。
熱交換器10の製造方法について説明する。
図5〜12に示すように、熱交換器10は、以下に記載する成形工程、加工工程、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10の成形に用いる原料として、炭化ケイ素の粒子と、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。
図5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セル13に区画する区画壁12とを備える成形体20を成形する。この成形体20は、全てのセル13について、その両端が開放された状態となっている。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。得られた成形体20に対して、成形体20を乾燥させる乾燥処理を行う。
(加工工程)
加工工程では、成形体20に連通部16を形成する第1加工、成形体20の第1セル13aにスリット12cを形成する第2加工、第2セル13bを形成するセルの両端部及び第2加工において周壁11に形成された貫通孔11cを封止する第3加工を行う。
第1加工について説明する。
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成形体20に接触させる方法を用いて、成形体20における周壁11及び区画壁12bの一部を除去して、連通部16を形成する。
具体的には、加工具として、連通部16に対応する矩形状の外形を有するブレード21を用意する。このブレード21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、第2セル13bの左右方向の幅を超えない厚さに設定されている。次に、成形体20に含まれる有機バインダーが焼失する温度となるようにブレード21を加熱する。例えば、有機バインダーがメチルセルロースである場合には、ブレード21を400℃以上に加熱する。
図7に示すように、成形体20の所定の位置に加熱されたブレード21を上下方向の上方から差し込んだ後、これを引き抜くことによって、連通部16を形成する。このとき、加熱されたブレード21と成形体20とが接触すると、その接触部分において成形体20に含まれる有機バインダーが燃焼して焼失する。そのため、成形体20に対するブレード21の挿入抵抗は非常に小さいものとなり、ブレード21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、有機バインダー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2加工について説明する。
図8に示すように、第2加工では、第1加工と同様に、加熱されたブレード22を成形体20に接触させる方法を用いて、成形体20における周壁11及び区画壁12bの一部を除去して、スリット12cを形成する。
ブレード22は、第1加工で用いたブレード21よりも幅が小さく、矩形状の外形を有する。ブレード22の厚さ(図8における左右方向の寸法)は、セル13の左右方向の幅を超えない厚さに設定されている。周壁11に対して、上下方向の上方斜め後方側から、下方斜め前方側に向かって傾斜した傾斜角度αでブレード22を差し込む。
ここで、傾斜角度αは、図3に示すように、前後方向を0°とするとともに前後方向の後方側もしくは前方側を基準として、上下方向に傾斜した角度の狭い方を意味するものとする。上下方向の上方をプラスの角度とし、下方をマイナスの角度とする。
図9に示すように、成形体20の所定の位置に加熱されたブレード22を差し込んだ後、これを引き抜くことによって、スリットを形成する。成形体20の周壁11には、ブレード22を差し込むことによって貫通孔11cが形成される。ブレード22を用いることにより、一回のブレード22の差し込みで複数のスリットを同時に形成することができる。
上記のように傾斜した方向にブレード22を差し込んでスリットを形成することにより、図3に示すように、第1セル列に形成される複数のスリット12cは、傾斜角度αで傾斜した方向に沿って並設される。さらに、複数のスリット12cが形成された区画壁12bにおける各スリット12cに面する前後方向の端部に、傾斜角度αに沿って傾斜した傾斜面12dが形成される。
ブレード22を差し込む傾斜角度αは特に限定されず、適宜選択することができる。傾斜角度αは、例えば、10〜80°であることが好ましく、15〜70°であることがより好ましい。ブレード22は、成形体20の上方からではなく、成形体20の下方から差し込んでもよく、後方からではなく、成形体20の前方から差し込んでもよい。成形体20の上方と下方の両方から差し込んでもよい。
第3加工について説明する。
図10に示すように、第3加工では、成形体20に形成される複数のセル13のうち、第2セル13bを形成するセル13の前後方向の両端部に対して、成形工程において用いた粘土状の混合物を充填して、両端部を封止する封止部23を形成する。
また、第2加工でブレード22を差し込むことによって形成された周壁の貫通孔11cに、必要に応じて同様に成形工程において用いた粘土状の混合物を充填して貫通孔11cを封止し、封止部を形成する。その後、成形体20に対して、封止部を乾燥させる乾燥処理を行う。
上記の第1加工、第2加工、及び、第3加工からなる加工工程を経ることにより、加工成形体25が得られる。第1加工と第2加工の順序は特に限定されない。
加工工程の後に、複数の加工成形体25を積層する積層工程を行なってもよい。すなわち、複数の加工成形体25を積層して、一つの熱交換器10を作製してもよい。積層工程では、公知の接着剤を用いて加工成形体25同士を接着させてもよい。成形工程で用いた粘土状混合物を接着剤として用いてもよい。
(脱脂工程)
脱脂工程は、加工成形体25を加熱することによって、加工成形体25に含まれる有機バインダーを焼失させることにより、加工成形体25から有機バインダーが除去された脱脂体26を得る工程である。
図11に示すように、脱脂工程を経ることにより、加工成形体25から有機バインダーが除去されて、炭化ケイ素の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脱脂体26が得られる。
(含浸工程)
含浸工程は、脱脂体26の周壁11及び区画壁12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26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。
図12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26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。
金属ケイ素が含浸されることによって、脱脂体26の両端部に形成された封止部23は、区画壁12と一体化する。また、脱脂体26の周壁11に形成された封止部も、周壁11と一体化する。
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25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バインダーを除去して脱脂体26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26に含浸させる。
上記の含浸工程を経ることにより、熱交換器10が得られる。
ここで、本実施形態においては、脱脂工程以降の工程において特別な温度管理を行っている。すなわち、脱脂工程以降の工程においては、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の温度下にて実施し、加工成形体25、脱脂体26を上記焼結温度以上の温度下に曝さないようにしている。したがって、脱脂工程においては、有機バインダーが焼失可能な温度以上、かつ上記焼結温度未満の温度で加熱を行う。同様に、含浸工程においては、金属ケイ素の融点以上、かつ上記焼結温度未満の温度で加熱を行う。
本実施形態の作用について記載する。
図3に示すように、上下方向に沿って設けられたセル列において、第1セル13a同士を区画する区画壁12bには、区画壁12bを貫通するスリット12cが形成されている。スリット12cが形成されていることによって、矢印Bで示すように、第1流体は一つの第1セル13aから他の第1セル13aへと移動しながら流通することが可能になる。他の第1セル13aへ移動しながら流通することによって、第1流体の流れが乱流になりやすくなる。これにより、スリット12cが形成されていない態様に比べて、第1流体における区画壁12の近くを流通するものと、第1セル13aの中央側を流通するものとが混合されやすくなる。
また、本実施形態の熱交換器10は、第1セル13aの総開口面積が第2セル13bの総開口面積よりも大きいため、第1流体と第2流体の流量が等しい場合、より第1流体の流速を低下させることができる。
本実施形態の効果について記載する。
(1)第1セルは直線状に延びるとともに、第1セルの総開口面積は第2セルの総開口面積よりも大きく構成されており、区画壁における第1セル同士を区画する箇所にスリットが形成されている。
第1セルの総開口面積が第2セルの総開口面積よりも大きく構成されていることにより、より第1流体の流速を低下させることができる。そのため、第1流体と区画壁の間における熱の伝達をより長い時間行うことができる。さらに、第1セルを流通する第1流体は、スリットを介して一つの第1セルから他の第1セルへと移動しながら流通することが可能になるため、第1流体の流れが乱流になりやすくなる。したがって、第1流体における区画壁の近くを流通するものと、第1セルの中央側を流通するものとを好適に混合することができるため、区画壁を介した第1流体と第2流体の間の熱交換効率を向上させることができる。
(2)第1セルの総開口面積が第2セルの総開口面積よりも大きく構成されていることにより、第1流体と区画壁の間における熱の伝達を好適に維持しつつ、第1流体の流速を相対的に速くすることが可能になる。第1流体の流速を相対的に速くすることにより、熱交換を行う第1流体の流量を多くすることができる。したがって、第1流体と第2流体の間の熱交換効率を向上させつつ、熱交換を行う第1流体の処理量を多くすることが可能になる。
(3)第2セルは、上下方向に直線状に延びるとともに、第2セルの延びる方向は、第1セルの延びる方向と直交している。第1セルと第2セルの両方が直線状に延びた構成となるため、熱交換器の構成をより簡略化することができる。また、第2セルを流通する第2流体の流通抵抗を相対的に小さくすることができるため、熱交換を行う第2流体の処理量を多くすることが可能になり、区画壁を介した第1流体と第2流体の間の熱交換効率を向上させることができる。
(4)スリットは、第1セルの延びる方向に沿って複数設けられ、第1セルの延びる方向において隣り合うスリット同士の間隔は、同方向における各スリットの長さよりも大きい。第1セル同士を区画する区画壁において、スリット同士の間に位置する区画壁の長さが相対的に長くなり、区画壁の熱容量が大きくなる。第1流体から第1流通路同士を区画する区画壁への熱伝達が向上し、また、第1セル同士を区画する区画壁を、第1セルと第2セルの間を区画する区画壁への熱伝導に好適に利用することができるため、熱交換器の熱交換効率をさらに向上させることができる。
(5)複数の第1セルは、区画壁を介して並設されており、上下方向に沿って第1セルを見た際に、同方向において隣り合う区画壁にそれぞれ形成されたスリットは、少なくとも一部が重なるように構成されている。スリットを通過して一つの第1セルから他の第1セルへと移動した第1流体が、さらに隣り合う区画壁に形成されたスリットを通過して別の第1セルへと移動しやすくなる。したがって、第1流体の流れが、より乱流になりやすくなるため、熱交換器の熱交換効率をより向上させることができる。
(6)スリットが形成された区画壁における各スリットに面する端面が、傾斜面を有する。例えば、図3において、流入口14a側から流出口14b側へ向かって第1流体が流通する場合、第1流体が区画壁12bの傾斜面12dに当たることによって、第1流体は傾斜面12dに沿ってより上方へ移動しやすくなる。したがって、区画壁12bの傾斜面12dに沿って、第1流体を誘導することが可能になる。
(7)傾斜面の傾斜角度が、10〜80°である。したがって、第1流体の流れを乱流にするうえで、傾斜角度が好適なものとなる。
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。
(実施例1)
成形工程として、炭化ケイ素の粒子と、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した。この粘土状の混合物を用いて、第1流路となるセルのサイズが、高さ1.21mm、幅4.84mm、第2流路となるセルのサイズが、高さ1.21mm、幅1.21mmであり、壁厚が0.25mm、セル数をそれぞれ縦に34個、横に1個有し、長さ120mmの成形体を押出成形により成形した。得られた成形体を公知の乾燥機を用いて乾燥させた。
加工工程として、第2流路となるセルに、400℃に加熱したブレードを用いて幅(前後方向)90mmの連通部を形成した。次いで、第1流路となるセルに対して、スリット間隔長さ4.84mm、スリット長さ間隔4.84mmとなるように、400℃に加熱したブレードを壁に対して45°の角度(α=45°)で挿入してスリットを形成した。周壁にできた貫通孔は上記混合物を用いて封止した。次に、上記混合物を用いて、第2流路となるセルの両端を長さ5mmで封止した。
積層工程として、加工された成形体を横方向に6個積層して、幅41mm、高さ50mm、長さ120mmの積層体を得た。
脱脂工程及び含浸工程として、積層体を700℃に加熱することで含まれる有機分を除去し、さらに1450℃に加熱してSiを含浸することで、熱交換器を得た。
(評価試験)
第1流路の入口から400℃の空気を16.2g/secの流量で流し、第2流路の入り口から40℃の冷却水を13L/minの流量で流して、それぞれの入口、出口の空気および水の温度を測定した。(第1流路の入口温度(ガス温)−第1流路の出口温度(ガス温))/(第1流路の入口温度(ガス温)−第2流路の入口温度(水温))にて熱交換率を算出したところ、77.4%であった。
(実施例2〜4)
加工工程において、スリットの形成角度をそれぞれ、30°、60°、90°とした以外は実施例1と同様にして熱交換器を得た。実施例1と同様に熱交換率を求めたところ、それぞれ77.6%、76.7%、72.1%であった。
(実施例5)
加工工程において、スリット間隔2.42mm、スリット長さ1.21mmとなるようにスリットを形成した以外は実施例1と同様にして熱交換器を得た。実施例1と同様に熱交換率を求めたところ、78.5%であった。
(比較例1)
加工工程において、スリットを形成しなかった以外は実施例1と同様にして熱交換器を得た。実施例1と同様に熱交換率を求めたところ、55.4%であった。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・本実施形態では、スリットを形成する際のブレードの傾斜角度αは、一定となるように構成されていたが、この態様に限定されない。傾斜角度αは、スリットによって異なるように構成されていてもよい。
図13に示すように、例えば、成形体の上方から傾斜角度αとなるようにブレードを半分程度差し込むとともに、成形体の下方から傾斜角度αとなるようにブレードを半分程度差し込んでスリット12cを形成してもよい。また、成形体の上方からブレードを差し込むことと、下方からブレードを差し込むことを、前後方向に沿って交互もしくはランダムに行ってもよい。
・スリットを形成する際のブレードの傾斜角度αは、90°であってもよい。
図14に示すように、例えば、ブレードを上下方向に沿って成形体20に差し込むように構成されていてもよい。この態様においては、上下方向に沿って第1セルを見た際に、同方向において隣り合う区画壁にそれぞれ形成されたスリット12cは、全体が重なるように構成されている。
・本実施形態において、第2セルは、上下方向に直線状に延びるように構成されていたが、この態様に限定されない。第2セルは、屈曲部を有していてもよい。
図15に示すように、例えば、周壁11の上下方向の上端部に、第2流体の流入口15aと流出口15bとを有し、矢印Dに示すように、上方から流入した第2流体が、前後方向に曲がって流通した後、再度上方から流出するように構成されていてもよい。
・本実施形態において、第2セルの延びる方向は、第1セルの延びる方向と直交した状態で交差していたが、この態様に限定されない。第2セルの延びる方向は、第1セルの延びる方向と交差していれば、直交していなくてもよい。例えば、第2セルを区画する封止部の長さを調節することによって、第2セルの延びる方向を上下方向に対して傾斜させてもよい。
・本実施形態において、複数のスリットにおける前後方向の間隔L1は、前後方向における各スリットの長さL2よりも長く構成されていたが、この態様に限定されない。
図16に示すように、複数のスリットにおける前後方向の間隔L1は、前後方向における各スリットの長さL2と同じ長さか、それ以下の長さであってもよい。
さらに、図16に示すように、上下方向に沿って第1セル13aを見た際に、同方向において隣り合う区画壁12bにそれぞれ形成されたスリット12cが、上下方向に沿って周壁11の横側壁11b間を連通する隙間Sを有していてもよい。隙間Sを有することによって、スリット12cを通過した第1流体が、一つの第1セル13aからより遠くに位置する他の第1セル13aへ移動することが容易になる。
・本実施形態において、複数のスリットの前後方向の間隔L1は略一定に構成されており、前後方向における各スリットの長さL2は略一定に構成されていたが、この態様に限定されない。複数のスリットの前後方向の間隔L1はランダムであってもよい。同様に、前後方向における各スリットの長さL2もランダムであってもよい。
・本実施形態において、スリット12cは、上下方向に隣り合う第1セル13a同士を区画する区画壁12bのみを貫通するように設けられていたが、この態様に限定されない。スリットは、左右方向において隣り合う第1セル13a同士を区画する区画壁12aを貫通するように設けられていてもよい。例えば、スリット12cを形成する際に用いるブレード22の厚さを、第1セル13aの左右方向の幅よりも大きな厚さを有するものを用い、このブレード22を上下方向に沿って差し込んでもよい。これにより、上下方向に隣り合う第1セル13a同士を区画する区画壁12bを貫通するとともに、左右方向において隣り合う第1セル13a同士を区画する区画壁12aをも貫通したスリットを形成することができる。
・本実施形態において、熱交換器の周壁は、前後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たが、この態様に限定されない。熱交換器の周壁の形状は、適宜選択することができる。例えば、熱交換器の周壁は、前後方向に直交する断面形状が縦長の長方形であってもよいし、正方形、円形、楕円形、オーバル形状等であってもよい。
10…熱交換器、13a…第1セル(第1流通路)、13b…第2セル(第2流通路)、12…区画壁、12c…スリット。

Claims (4)

  1. 第1流体が流通する複数の第1流通路と、
    第2流体が流通する複数の第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熱交換器であって、
    前記第1流通路は直線状に延びるとともに、前記第1流通路の総開口面積は前記第2流通路の総開口面積よりも大きく構成されており、
    前記区画壁における前記第1流通路同士を区画する箇所にスリットが形成されていることを特徴とする熱交換器。
  2. 前記第2流通路は直線状に延びており、前記第2流通路の延びる方向は、前記第1流通路の延びる方向と交差している請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記スリットは、前記第1流通路の延びる方向に沿って複数設けられ、
    前記第1流通路の延びる方向において隣り合うスリット同士の間隔は、同方向における各スリットの長さよりも大きい請求項1又は2に記載の熱交換器。
  4. 複数の前記第1流通路は、前記区画壁を介して並設されており、
    前記第1流通路が並設された方向に沿って前記第1流通路を見た際に、同方向において隣り合う区画壁にそれぞれ形成されたスリットは、少なくとも一部が重なるように構成されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱交換器。
JP2020019850A 2020-02-07 2020-02-07 熱交換器 Pending JP2021124268A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020019850A JP2021124268A (ja) 2020-02-07 2020-02-07 熱交換器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020019850A JP2021124268A (ja) 2020-02-07 2020-02-07 熱交換器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021124268A true JP2021124268A (ja) 2021-08-30

Family

ID=77458382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020019850A Pending JP2021124268A (ja) 2020-02-07 2020-02-07 熱交換器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021124268A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2616641B1 (en) Turbine component cooling channel mesh with intersection chambers
US8272431B2 (en) Heat exchanger using graphite foam
JP2011243994A (ja) 熱交換器
US20080179046A1 (en) Water cooling apparatus
JP2021124268A (ja) 熱交換器
JP2019074263A (ja) 熱交換器
US8881690B2 (en) Steam generator
JP2021124269A (ja) 熱交換器
WO2019176898A1 (ja) 熱交換器の製造方法
JP2021124270A (ja) 熱交換器
JP6826969B2 (ja) 熱交換器
JP2018017424A (ja) 熱交換器の製造方法
JP2019174012A (ja) 熱交換器
CN213160080U (zh) 用于太阳能电池固化设备的燃烧塔
JP6857589B2 (ja) 熱交換器
JP2019174013A (ja) 熱交換器の製造方法
CN216663171U (zh) 多层抽屉式热处理固溶炉的热风循环系统
JP6815966B2 (ja) 熱交換器
CN206989769U (zh) 圆管‑扁管组合的燃烧余热利用换热装置
JP2020204428A (ja) 燃焼装置
JP6854229B2 (ja) 熱交換器
CN111981680A (zh) 燃生物质水锅炉
JP7018342B2 (ja) 熱交換器
JP2021025732A (ja) 熱交換器
CN219776463U (zh) 基于流型变化强化的传热管