JP6857589B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関する。

図１８に示すように、特許文献１の熱交換器５０は、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セル及び複数の第２セル５３に区画する区画壁５２とを備えている。周壁５１には、第１セルに連通する複数の開口部５４が設けられ、この開口部５４を通じて第１セルを流通する液状の熱媒体Ｍと、第２セル５３を流通するガスＧとの間で熱交換が行われる。

特開２０１５−１４０９７２号公報

ところで、上記熱交換器は、例えば、車両等に搭載されて、排気ガス等の高温の流体と、冷却水等の熱媒体との間での熱交換に用いられる。この場合に、熱媒体が熱交換器内で沸騰してしまうことがあった。熱交換器内における熱媒体の沸騰を抑制する方法として、熱交換器内を流通する熱媒体の流通抵抗を減少させて、熱交換器内における熱媒体の滞留を生じ難くすることが考えられる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱交換器内を流通する熱媒体等の流体の流通抵抗を減少させることにある。

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、上記周壁の内部を上記周壁の軸方向に延びる複数の第１セル及び複数の第２セルに区画する区画壁とを備え、上記第１セルを流通する液状の第１流体と、上記第２セルを流通する第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、軸方向両端部が封止された上記第１セル同士が連通されてなり、上記周壁に開口する流入側開口部及び流出側開口部を有する第１流路を備え、上記流入側開口部及び上記流出側開口部の少なくとも一方は、上記第１セルよりも幅広に形成されている。

上記構成によれば、流入側開口部及び流出側開口部の少なくとも一方が、第１セルよりも幅広に形成されていることにより、狭い第１流路へ第１流体が流入する際の流通抵抗、及び狭い第１流路から第１流体が排出する際の流通抵抗の少なくとも一方が減少する。これにより、第１流路へ第１流体の流入及び第１流路からの第１流体の排出が効率的に行われるようになって、第１流路内における第１流体の流通抵抗が減少する。その結果、第１流路内における第１流体の滞留が抑制されて、第１流路内における第１流体の沸騰を抑制することができる。

本発明の熱交換器について、上記第１セルよりも幅広に形成されている上記流入側開口部及び上記流出側開口部の少なくとも一方は、上記周壁の外面側に向かって徐々に拡幅する拡幅部を備えることが好ましい。

上記構成によれば、流入側開口部及び流出側開口部を第１流体がスムーズに流通するようになり、第１流路内における第１流体の流通抵抗がより効果的に減少する。
本発明の熱交換器について、上記拡幅部における最大幅部の幅（Ｗ１）と最小幅部の幅（Ｗ２）との比率（Ｗ１／Ｗ２）が１．５〜３．５であり、上記最大幅部の幅（Ｗ１）と上記最小幅部の幅（Ｗ２）との差（Ｗ１−Ｗ２）と、上記最大幅部と上記最小幅部との間の距離（Ｄ）との比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）が０．５〜２．１であることが好ましい。

上記構成によれば、拡幅部の形状が、第１流体の流通抵抗を小さくするうえで好適なものとなる。
本発明の熱交換器について、上記第１セルに上記第１流体を給排するための流路部を備え、上記流路部は、上記流入側開口部に連通する流入空間及び上記流出側開口部に連通する流出空間を上記周壁の外周側に区画する区画部と、上記流入空間に連通されて、上記流入空間に上記第１流体を供給する導入路と、上記流出空間に連通されて、上記流出空間から上記第１流体を排出する排出路とを備えることが好ましい。

上記構成によれば、第１流体に対する第１流体の給排を効率的に行うことができる。
本発明の熱交換器について、上記流路部の上記流入空間は、複数の上記流入側開口部に跨って設けられ、上記流路部の上記流出空間は、複数の上記流出側開口部に跨って設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、流入空間及び流出空間が複数の流入側開口部及び流出側開口部に跨って設けられることによって流入空間及び流出空間が大きく構成された態様となる。流入側開口部及び流出側開口部の幅を広くする構成は、こうした態様において特に効果的である。また、複数の開口部に対して個別に流入空間及び流出空間が設けられた態様に比べて、流路部の構成を簡素化することができる。

本発明によれば、熱交換器内を流通する流体の流通抵抗を減少させることができる。

熱交換器の分解斜視図。 図１の２−２線断面図。 図１の３−３線断面図。 図３の４−４線断面図。 図３の５−５線断面図。 （ａ）、（ｂ）は、流入側開口部の部分断面図。 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。 変更例の流入側開口部の部分断面図。 変更例の流入側開口部の部分断面図。 変更例の加工工程の説明図。 変更例の加工工程の説明図。 従来技術の熱交換器の斜視図。

以下、熱交換器の一実施形態を説明する。
図１、２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の内部を周壁１１の軸方向に延びる複数の第１セル１３ａ及び複数の第２セル１３ｂに区画する区画壁１２とを備えている。矩形筒状の周壁１１は、対向する一対の横側壁１１ａと、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。

図２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、周壁１１の軸方向に直交する断面において、矩形状のセルを形成するように構成されている。区画壁１２が構成する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、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。

図２、３に示すように、熱交換器１０は、周壁１１の縦側壁１１ｂに平行に第１セル１３ａのみが配列した複数の第１セル列１６ａと、縦側壁１１ｂに平行に第２セル１３ｂのみが配列した複数の第２セル列１６ｂとを備える。本実施形態においては、隣り合う第１セル列１６ａ同士の間に、４列の第２セル列１６ｂが配置され、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。

隣り合う第１セル列１６ａ同士の間に配置される第２セル列１６ｂの列数は特に限定されるものではないが、第１セル１３ａと第２セル１３ｂとの個数比に応じて設定することができる。例えば、上記個数比（第１セル１３ａ：第２セル１３ｂ）は、１：３〜１：６であることが好ましく、１：４〜１：５であることがより好ましい。したがって、第２セル列１６ｂの上記列数は、３〜６列であることが好ましく、４〜５列であることがより好ましい。

図４に示すように、第１セル１３ａは、液状の第１流体としての熱媒体を流通させるセルであり、その両端部が共に封止部１５によって封止されている。図５に示すように、第２セル１３ｂは、第２流体として処理対象のガスを流通させるセルであり、その両端部が共に開放されている。熱媒体としては特に限定されず、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。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。

図３、４に示すように、熱交換器１０において、第１セル列１６ａには、縦側壁１１ｂに沿った方向である縦方向に延びるように形成されて、縦方向に隣接する第１セル１３ａ同士を区画する第１区画壁１２ａを貫通して、第１セル列１６ａを構成する各セルを連通する連通部が設けられている。連通部における縦方向の一方側（図面の上側）の端部には、周壁１１（横側壁１１ａ）に開口するとともに、同他方側（図面の下側）の端部は、縦方向において最も他方側に位置する第１セル１３ａにまで達している。

図４に示すように、熱交換器１０は、連通部として、熱交換器１０の軸方向の一方の端部である第１端部１０ａ側に設けられた第１連通部１７ａと、熱交換器１０の軸方向の他方の端部である第２端部１０ｂ側に設けられた第２連通部１７ｂとを有している。第１連通部１７ａにおける周壁の開口部１４が第１開口部１４ａとなり、第２連通部１７ｂにおける周壁の開口部１４が第２開口部１４ｂとなる。そして、熱交換器１０の内部には、第１セル１３ａ、第１連通部１７ａ及び第２連通部１７ｂにより構成され、第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂを流入口又は流出口とする第１流路１８が形成されている。

図１、３に示すように、第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂは、第１セル列１６ａを構成する第１セル１３ａよりも幅広に形成されている。本実施形態において、第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂは同様の形状であることから、以下では、第１開口部１４ａについて説明し、第２開口部１４ｂについての具体的な説明を省略する。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１開口部１４ａは、第１セル１３ａの幅の２〜３倍の幅（２〜３セル分の幅）を有するように構成されている。詳述すると、第１開口部１４ａには、周壁１１の外面側に向かって徐々に拡幅する拡幅部１４ｃが設けられており、拡幅部１４ｃを介して第１開口部１４ａの幅が拡げられている。

図６（ａ）に示すように、側方の両側に第２セル列１６ｂが配置された第１セル列１６ａに位置する第１開口部１４ａについては、軸方向に平行な縁部の両方に拡幅部１４ｃが設けられている。また、図６（ｂ）に示すように、側方の片側のみに第２セル列１６ｂが配置された第１セル列１６ａに位置する第１開口部１４ａについては、軸方向に平行な縁部における第２セル列１６ｂが配置された側の縁部にのみ、拡幅部１４ｃが設けられている。

拡幅部１４ｃの形状は特に限定されないが、拡幅部１４ｃにおける最大幅部の幅（Ｗ１）と最小幅部の幅（Ｗ２）との比率（Ｗ１／Ｗ２）が１．５〜３．５であることが好ましい。また、最大幅部の幅（Ｗ１）と最小幅部の幅（Ｗ２）との差（Ｗ１−Ｗ２）と、最大幅部と最小幅部との間の距離（Ｄ）との比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）が０．５〜２．１であることが好ましい。拡幅部１４ｃの形状が上記数値範囲内であると、熱媒体の流通抵抗を小さくするうえで拡幅部１４ｃの形状が好適なものとなる。図６（ａ）に示すような第１開口部１４ａについては、比率（Ｗ１／Ｗ２）が２．０〜３．５であり、比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）が１．０〜２．１であることが好ましく、図６（ｂ）に示すような第１開口部１４ａについては、比率（Ｗ１／Ｗ２）が１．５〜２．３であり、比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）が０．５〜１．１であることが好ましい。

また、図５に示すように、熱交換器１０の内部には、第２セル１３ｂにより構成され、周壁１１の第１端部１０ａ及び第２端部１０ｂを流入口又は流出口とする第２流路１９が形成されている。上記構成の熱交換器１０は、第１流路１８を流れる液状の熱媒体（第１流体）と、第２流路１９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。

図１に示すように、横側壁１１ａの一方には、横側壁１１ａ全体を覆うように配置されて第１セル１３ａに熱媒体を給排する流路部２０が設けられている。流路部２０は、周壁の外周側に所定の空間を区画する区画部２１を備えている。区画部２１は、矩形板状の上壁部２２と、上壁部２２の短辺側の縁部及び長辺側の縁部から上壁部２２の厚さ方向にそれぞれ立設する短側壁部２３ａ及び長側壁部２３ｂとを有する。また、区画部２１は、上壁部２２の中央部から上壁部２２の厚さ方向に立設し、長側壁部２３ｂ同士を繋ぐ仕切壁２３ｃを有する。仕切壁２３ｃは、区画部２１における上壁部２２、短側壁部２３ａ、長側壁部２３ｂにより囲まれる空間を一方の短側壁部２３ａ側に位置する第１空間Ｓ１と、他方の短側壁部２３ａ側に位置する第２空間Ｓ２とに区画する。

図１、４に示すように、第１空間Ｓ１は、複数の第１開口部１４ａに跨るように周壁１１の外周側に位置するとともに、第２空間Ｓ２は、複数の第２開口部１４ｂに跨るように周壁１１の外周側に位置している。したがって、流路部２０の区画部２１は、第１開口部１４ａに連通する第１空間Ｓ１、及び第２開口部１４ｂに連通する第２空間Ｓ２を周壁１１の外周側に区画している。

また、流路部２０は、区画部２１の上壁部２２に接続される管部として、第１管部２４ａ及び第２管部２４ｂを有している。第１管部２４ａは、上壁部２２における仕切壁２３ｃよりも一方の短側壁部２３ａ側に設けられ、その内部に第１空間Ｓ１に連通する流路を形成している。第２管部２４ｂは、上壁部２２における仕切壁２３ｃよりも他方の短側壁部２３ａ側に設けられ、その内部に第２空間Ｓ２に連通する流路を形成している。第１管部２４ａと第２管部２４ｂは、流路部２０の外側に突出した状態で設けられている。

図２〜５に示すように、流路部２０が熱交換器１０の周壁１１に位置した状態で、短側壁部２３ａ、長側壁部２３ｂ及び仕切壁２３ｃの先端部分は、周壁１１に対して一体に固定されている。そして、第１空間Ｓ１は、第１管部２４ａ内の導入路から供給された熱媒体を第１流路１８に流入させる流入空間として機能するとともに、第２空間Ｓ２は、第１流路１８から流出した熱媒体を第２管部２４ｂ内の排出路から排出させる流出空間として機能する。

熱交換器１０の矩形筒状の周壁１１、区画壁１２、及び、流路部２０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。

次に、図７〜１３に基づいて、本実施形態の熱交換器の一製造方法について説明する。熱交換器は、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。図７に示すように、この粘土状の混合物を用いて、略矩形筒状の周壁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Ｃに区画する区画壁１２とを備える成形体３０を成形する。この成形体３０は、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。

また、成形体３０の周壁１１の外面の一面には、拡幅部と等しい断面形状を有する溝部３１が、周壁１１の軸方向全体に亘って軸方向に延びるように形成されている。この溝部は、後の加工工程において、第１開口部及び第２開口部となる。溝部３１を有する成形体３０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３０に対して、成形体３０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３０に第１連通部１７ａ及び第２連通部１７ｂを形成する第１加工、成形体３０における第１セル１３ａの両端部を封止するとともに溝部３１を部分的に埋める第２加工、及び成形体３０に流路部２０を配置する第３加工を行う。

図８に示すように、第１加工では、例えば、加熱された加工具３２を成形体３０に接触させる方法を用いて、成形体３０における周壁１１及び第１区画壁１２ａの一部を除去して、第１連通部１７ａ及び第２連通部１７ｂを形成する。

具体的には、図８に示すように、加工具３２として、第１連通部１７ａ及び第２連通部１７ｂに対応する外形状を有するブレードを用意する。このブレードは、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、セルＣの幅を超えない厚さに設定されている。次に、成形体３０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、ブレードを４００℃以上に加熱する。そして、周壁１１における溝部３１の底面の位置において、周壁１１から周方向外方からブレードを差し込む。

図９に示すように、加熱されたブレードを周方向外方から成形体３０に差し込んだ後、これを引き抜くことによって、第１連通部１７ａ及び第２連通部１７ｂを形成する。このとき、加熱されたブレードと成形体３０とが接触すると、その接触部分において成形体３０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３０に対するブレードの挿入抵抗は非常に小さいものとなり、ブレードの挿入時に、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。

図１０に示すように、第２加工では、成形体３０に形成される複数のセルのうち、第１セル１３ａを構成するセルの両端部に対して、成形工程において用いた粘土状の混合物を充填して、当該セルの両端部を封止する封止部１５を形成する。また、成形体３０の溝部３１における第１連通部１７ａ及び第２連通部１７ｂが形成されていない部分に対して、成形工程において用いた粘土状の混合物を充填して、溝部３１を部分的に埋める。これにより、成形体３０の周壁に対して、溝部３１が埋められていない部分として、第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂが形成される。その後、封止部１５等の成形体３０に充填した混合物を乾燥させる乾燥処理を行う。

図１１に示すように、第３加工では、成形工程において用いた粘土状の混合物を用いて図１に示すような流路部２０を別途成形し、この流路部２０を成形体３０の所定の位置に配置する。

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。

（脱脂工程）
脱脂工程は、加工成形体を加熱することによって、加工成形体に含まれる有機バインダーを焼失させることにより、加工成形体から有機バインダーが除去された脱脂体を得る工程である。図１２に示すように、脱脂工程を経ることにより、加工成形体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４０が得られる。

（含浸工程）
含浸工程は、脱脂体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１３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。脱脂体の周壁と流路部の境界部分にも金属ケイ素が含浸されることによって境界部分は消失し、周壁と流路部は一体化する。これにより、流路部は、周壁に対して一体に固定された状態となる。

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バインダー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、熱交換器が得られる。
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、脱脂体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。

次に、本実施形態の作用について記載する。
図４に示すように、流路部２０の第１管部２４ａに熱媒体が供給されると、熱媒体は、第１空間Ｓ１（流入空間）を通じて、それぞれの第１開口部１４ａ（流入側開口部）から各第１流路１８内に流入する。そして、熱媒体は、第１流路１８内を通過して、それぞれの第２開口部１４ｂ（流出側開口部）から第２空間Ｓ２（流出空間）に流出し、第２空間Ｓ２（流出空間）を通じて第２管部２４ｂから排出される。

ここで、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１開口部１４ａ（流入側開口部）及び第２開口部１４ｂ（流出側開口部）は、第１セル列１６ａを構成する第１セル１３ａよりも幅広に形成されている。これにより、広い第１空間Ｓ１（流入空間）から狭い第１流路１８へ熱媒体が流入する際の流通抵抗、及び狭い第１流路１８から広い第２空間Ｓ２（流出空間）へ熱媒体が流出する際の流通抵抗が減少する。加えて、第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂには、周壁１１の外面側に向かって徐々に拡幅する拡幅部１４ｃが設けられていることにより、第１開口部１４ａ及び第２開口部１４ｂを熱媒体がスムーズに流通する。これらの結果、第１流路１８へ熱媒体の流入及び第１流路１８からの熱媒体の排出が効率的に行われるようになって、第１流路１８内における熱媒体の流通抵抗が減少する。

次に、本実施形態の効果について記載する。
（１）熱交換器は、筒状の周壁と、周壁の内部を周壁の軸方向に延びる複数の第１セル及び複数の第２セルに区画する区画壁とを備えている。また、軸方向両端部が封止された第１セル同士が連通されてなり、周壁に開口する第１開口部及び第２開口部を有する第１流路を備え、第１開口部及び第２開口部は、第１セルよりも幅広に形成されている。

上記構成によれば、第１流路へ熱媒体の流入及び第１流路からの熱媒体の排出が効率的に行われるようになることにより、第１流路内における熱媒体の流通抵抗が減少する。その結果、第１流路内における熱媒体の滞留が抑制されて、第１流路内における熱媒体の沸騰を抑制することができる。

なお、熱交換器内で熱媒体が沸騰すると、その沸騰の衝撃によって熱交換器の強度が低下するおそれがある。そのため、熱交換器内における熱媒体の沸騰を抑制することにより、熱交換器の長寿命化を図ることができる。また、熱交換器に求められる強度が低くなることにより、熱交換効率等の強度以外の要素を重視して熱交換器の材料を選択することも可能となり、材料選択の自由度が向上する。

（２）第１開口部及び第２開口部は、周壁の外面側に向かって徐々に拡幅する拡幅部を備えている。
上記構成によれば、第１開口部及び第２開口部を熱媒体がスムーズに流通するようになり、第１流路内における熱媒体の流通抵抗がより効果的に減少する。

（３）拡幅部における最大幅部の幅（Ｗ１）と最小幅部の幅（Ｗ２）との比率（Ｗ１／Ｗ２）が１．５〜３．５であり、最大幅部の幅（Ｗ１）と最小幅部の幅（Ｗ２）との差（Ｗ１−Ｗ２）と、最大幅部と最小幅部との間の距離（Ｄ）との比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）が０．５〜２．１である。

上記構成によれば、拡幅部の形状が、熱媒体の流通抵抗を小さくするうえで好適なものとなる。
（４）流路部の第１空間は、複数の第１開口部に跨って設けられ、流路部の第２空間は、複数の第２開口部に跨って設けられている。

上記構成によれば、第１空間及び第２空間が複数の第１開口部及び第２開口部に跨って設けられることによって第１空間（流入空間）及び第２空間（流出空間）が大きく構成された態様となる。第１開口部及び第２開口部の幅を広くする構成は、こうした態様において特に効果的である。また、複数の開口部に対して個別に第１空間（流入空間）及び第２空間（流出空間）が設けられた態様に比べて、流路部の構成を簡素化することができる。

（５）流路部は、周壁と一体化されている。
上記構成によれば、流路部と周壁とが別体で構成された態様に比べて、流路部を正確な位置に配置することが容易になる。また、熱媒体が流路部と周壁の境界部分から漏れ出すことを抑制することができる。

（６）第１開口部及び第２開口部は共に、周壁の同じ側に開口している。
上記構成によれば、熱媒体を第１流路に供給するための流路部と、熱媒体を第１流路から排出するための流路部とを周壁の同じ側に設けることができる。これにより、流路部を含めた熱交換器の設置スペースの低減を図ることができる。

（７）本実施形態の熱交換器は、上記のような温度管理下で製造されることにより、炭化ケイ素の粒子同士が接触した状態で配置されて骨格部分が形成され、この骨格部分の隙間に金属ケイ素が充填されて形状が保持されたものとなる。すなわち、炭化ケイ素の粒子同士は、焼結による結合部（ネック）を有していない状態となっている。これにより、熱交換器の使用中に、内部の温度差に起因して区画壁の内部にひずみが生じても、炭化ケイ素の粒子間のネックに亀裂が生じることを抑制することができる。また、ネックを介して亀裂が伸展することを抑制することができる。

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。
・上記実施形態では、第１開口部及び第２開口部の両方について、第１セルよりも幅広に形成していたが、第１開口部及び第２開口部の一方のみが第１セルよりも幅広に形成されていてもよい。なお、第１流路内における熱媒体の流通抵抗を効果的に減少させる観点においては、流入側開口部として機能する開口部を第１セルよりも幅広とすることが好ましい。

・側方の両側に第２セル列が配置された第１セル列に位置する流入側開口部及び流出側開口部について、軸方向に平行な縁部の一方側のみに拡幅部を設けてもよい。また、側方の片側のみに第２セル列が配置された第１セル列に位置する流入側開口部及び流出側開口部について、軸方向に平行な縁部の両方に拡幅部が設けられていてもよい。なお、第２セル列が配置されない側の上記縁部に拡幅部を設ける場合には、例えば、拡幅部の幅を考慮して周壁を厚く形成すればよい。

・拡幅部について、周壁の外面側に向かって徐々に拡幅する形状は、上記実施形態の形状に限定されるものではない。例えば、図１４に示すようにＲ面取り形状であってもよい。また、図１５に示すように、複数のＣ面取り部を有して徐々に拡径するように構成されていてもよい。なお、これらの場合にも、上記比率（Ｗ１／Ｗ２）、及び上記比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）が上記の範囲であることが好ましい。

・周壁における異なる方向に、第１開口部及び第２開口部が開口する構成であってもよい。
・第２セルを流通する第２流体は、ガスに限定されない。第２流体として液体を流通させてもよい。

・本実施形態では、流路部と周壁とは金属ケイ素が含浸されて一体化されていたが、一体化の方法は上記方法に限定されない。例えば、流路部と周壁との境界部分を接着材等で接合してもよい。

・本実施形態では、流路部は周壁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、流路部を別部材で用意し、周壁との間にパッキンを介して配置してもよい。この場合、流路部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。また、熱交換器は、その構成として流路部を備えないものであってもよい。

・本実施形態では、流路部は、複数の第１開口部に対して共通の第１空間を有するとともに、複数の第２開口部に対して共通の第２空間を有していたが、この態様に限定されない。複数の第１開口部に対して、複数の第１空間を個別に設けてもよく、複数の第２開口部に対して、複数の第２空間を個別に設けてもよい。

・第１空間と第２空間とが別々の区画部によって区画されていてもよい。すなわち、第１流体を流通させる流路部が、第１空間側と第２空間側とで別々に配置されていてもよい。

・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。また、セルの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。第１セルと第２セルとにおいて、セルの形状が異なっていてもよい。

・上記実施形態では、熱交換器は、周壁の軸方向における寸法が、周壁の軸方向に直交する方向における寸法よりも長く構成されていたが、この態様に限定されない。周壁の軸方向における寸法が、周壁の軸方向に直交する方向における寸法よりも短く構成されていてもよいし、同じ長さに構成されていてもよい。熱交換器の寸法に関わらず、流路部の区画部は、周壁の外周側に熱媒体の流入空間及び流出空間を区画するように設けられる。

・熱交換器の製造方法について、第１開口部及び第２開口部を第１セルよりも幅広に形成する方法は、上記実施形態の方法に限定されない。
例えば、加工工程の第２加工における溝部３１を部分的に埋める処理を省略する。そして、図１６に示すように、加工工程の第３加工において、流路部２０における短側壁部２３ａ及び仕切壁２３ｃ対して、溝部３１の断面形状と同形状の突出部２３ｄを形成し、この突出部２３ｄが溝部３１内に位置するように、成形体３０に対して流路部２０を配置する。これにより、突出部２３ｄにより溝部３１が仕切られてなる第１開口部及び第２開口部を形成することができる。

また、図１７に示すように、溝部３１を設けない直方体状の成形体３０ａを成形した後、この成形体３０の周壁の一部（二点鎖線部分）を切削し、成形工程において用いた粘土状の混合物を詰める等して、切削した部分の形状を整えることにより第１開口部及び第２開口部を形成することもできる。

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）
まず、下記組成の混合物を調製した。

平均粒子径１５μｍの炭化ケイ素の粒子（大粒子）：５２．５質量部
平均粒子径０．５μｍの炭化ケイ素の粒子（小粒子）：２３．６質量部
メチルセルロース（有機バインダー）：５．４質量部
グリセリン（潤滑剤）：１．１質量部
ポリオキシアルキレン系化合物（可塑剤）：３．２質量部
水（分散媒）：１１．５質量部
この混合物を用いて、図７に示したものと同様の形状を有し、縦３５ｍｍ、横９４ｍｍ、長さ８０ｍｍ、周壁の厚さ０．３ｍｍ、区画壁の厚さ０．２５ｍｍ、セル幅１．２ｍｍ、拡幅部の幅（図６（ａ）のＷ１）３．０ｍｍ、拡幅部の幅（図６（ｂ）のＷ１）２．１ｍｍの成形体を成形した。

次に、成形体の周壁に４００℃に加熱した板状の治具を挿入して、第１連通部及び第２連通部を形成した。また、上記混合物と同じ組成を有する粘土状の混合物を用いて、所定のセルを封止して第１セル及び第２セルを有する加工成形体を作成した。

区画部として、上記混合物を用いて押出成形およびプレス加工することで、横９４ｍｍ、長さ８０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、管部の内径１４ｍｍ、外径１７ｍｍの成形体を作製し、加工成形体の連通部形成面側に配置した。

次に、区画部を配置した加工成形体を４５０℃で５時間加熱することにより、有機バインダーが除去された脱脂体を得た。その後、脱脂体の上に金属ケイ素の板材を載置した状態として、真空下、１５５０℃で７時間、加熱することにより、金属ケイ素を含浸させて、実施例１の熱交換器を得た。実施例１の熱交換器における比率（Ｗ１／Ｗ２）は、「２．５」及び「１．７５」であり、比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）は、「１．２」及び「０．６」である。

（実施例２）
成形体について、拡幅部の幅（図６（ａ）のＷ１）を４．２ｍｍとし、拡幅部の幅（図６（ｂ）のＷ１）を２．７ｍｍとした以外は実施例１と同様にして実施例２の熱交換器を得た。実施例２の熱交換器における比率（Ｗ１／Ｗ２）は、「３．５」及び「２．２５」であり、比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）は、「２．０」及び「１．０」である。

（比較例１）
成形体について、拡幅部を設けない形状（図１７のような成形体）とした以外は実施例１と同様にして比較例１の熱交換器を得た。

（通水抵抗評価）
実施例１、２及び比較例１の熱交換器に対して、それぞれの流入口、流出口に冷却水を導入、排出するためのパイプを設置し、熱交換器の外周との間にシール材を介して熱交換器をケースに装入した。そして、各熱交換器に対して、流入口から第１セルに４０℃の冷却水を１０Ｌ／ｍｉｎの流量で導入するとともに、第２セルに４００℃の高温ガスを１０ｇ／ｓｅｃの流量で導入し、差圧計にて冷却水の熱交換器導入前後の圧力差を測定した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、第１開口部及び第２開口部が第１セルよりも幅広に形成されていることで、冷却水（熱媒体）が流入空間から第１セルにより構成される第１流路に供給される際、及び冷却水（熱媒体）が第１流路から流出空間に排出される際の流通抵抗が小さくなり、第１流路内における冷却水（熱媒体）の流通抵抗が小さくなることがわかる。

Ｄ…最大幅部と最小幅部との間の距離、Ｓ１…第１空間、Ｓ２…第２空間、Ｗ１…最大幅部の幅、Ｗ２…最小幅部の幅、１０…熱交換器、１１…周壁、１２…区画壁、１３ａ…第１セル、１３ｂ…第２セル、１４ａ…第１開口部、１４ｂ…第２開口部、１４ｃ…拡幅部、１６ａ…第１セル列、１６ｂ…第２セル列、１７ａ…第１連通部、１７ｂ…第２連通部、１８…第１流路、１９…第２流路、２０…流路部、２１…区画部。

Claims (3)

1. 筒状の周壁と、前記周壁の内部を前記周壁の軸方向に延びる複数の第１セル及び複数の第２セルに区画する区画壁とを備え、前記第１セルを流通する液状の第１流体と、前記第２セルを流通する第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
   軸方向両端部が封止された前記第１セル同士が連通されてなり、前記周壁に開口する流入側開口部及び流出側開口部を有する第１流路を備え、
   前記流入側開口部及び前記流出側開口部の少なくとも一方は、軸方向に対して直角の方向に沿った長さである幅が前記第１セルよりも幅広に形成され、
   前記第１セルよりも幅広に形成されている前記流入側開口部及び前記流出側開口部の少なくとも一方は、前記周壁の外面側に向かって徐々に拡幅する拡幅部を備え、
   前記拡幅部における最大幅部の幅（Ｗ１）と最小幅部の幅（Ｗ２）との比率（Ｗ１／Ｗ２）が１．５〜３．５であり、
   前記最大幅部の幅（Ｗ１）と前記最小幅部の幅（Ｗ２）との差（Ｗ１−Ｗ２）と、前記最大幅部と前記最小幅部との間の距離（Ｄ）との比率（（Ｗ１−Ｗ２）／Ｄ）が０．５〜２．１であることを特徴とする熱交換器。
2. 前記第１セルに前記第１流体を給排するための流路部を備え、
   前記流路部は、
   前記流入側開口部に連通する流入空間及び前記流出側開口部に連通する流出空間を前記周壁の外周側に区画する区画部と、
   前記流入空間に連通されて、前記流入空間に前記第１流体を供給する導入路と、
   前記流出空間に連通されて、前記流出空間から前記第１流体を排出する排出路とを備える請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記流路部の前記流入空間は、複数の前記流入側開口部に跨って設けられ、
   前記流路部の前記流出空間は、複数の前記流出側開口部に跨って設けられている請求項２に記載の熱交換器。

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