JP6993954B2 - Manufacturing method of heat exchanger and heat exchanger - Google Patents

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Description

本発明は、熱交換体の製造方法及び熱交換体に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a heat exchanger and a heat exchanger.

高温の排ガスや排水から熱を回収する熱交換体として、以前より、単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体を使用したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の熱交換体では、ハニカム構造体の製作後に隔壁を除くことでスリットを形成している。 As a heat exchanger that recovers heat from high-temperature exhaust gas and wastewater, a honeycomb structure having a plurality of cells partitioned by a single axially extending partition wall has been proposed. (For example, see Patent Document 1). In the heat exchanger described in Patent Document 1, a slit is formed by removing the partition wall after manufacturing the honeycomb structure.

特開2016-6373号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-6373

しかし、特許文献1に記載の熱交換体では、内部構造に起因した圧損が発生することから、熱交換の効率が低くなることが問題であった。また、伝熱面積を大きくするために、セルの数を増やすと圧損がさらに大きくなり、さらにセル毎の流量の違いから、熱交換の効率がさらに低くなることが問題であった。 However, in the heat exchanger described in Patent Document 1, there is a problem that the efficiency of heat exchange is lowered because pressure loss due to the internal structure occurs. Further, if the number of cells is increased in order to increase the heat transfer area, the pressure loss becomes larger, and the efficiency of heat exchange becomes lower due to the difference in the flow rate of each cell.

そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、熱交換の効率を高めることのできる、熱交換体の製造方法及び熱交換体を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made focusing on the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a heat exchanger and a heat exchanger capable of increasing the efficiency of heat exchange.

本発明の一態様によれば、第1軸方向に延びる角筒状の枠体と、上記枠体の内部に形成され、上記第1軸方向に延び、上記第1軸方向に直交する方向であり互いに直交する第2軸方向及び第3軸方向にそれぞれ一定の間隔で列設されることで角筒状の複数のセルを形成する複数の隔壁と、上記複数のセルのうち上記第2軸方向に一列おきに並んだ複数の第1セルの、上記第1軸方向の一対の端面のうち一方の第1端面側の上記隔壁が除かれて形成される複数の第1スリットと、上記複数のセルのうち上記複数の第1セルの列と異なる上記第2軸方向の列に並んだ複数の第2セルの、上記1軸方向の一対の端面のうち他方の第2端面側の上記隔壁が除かれて形成される複数の第2スリットと、を有する成形体をセラミックス原料で成形する成形工程と、上記成形体を焼成することで、セラミックス焼結体の熱交換体を得る焼成工程と、を備え、上記成形工程では、上記隔壁が設けられた位置での上記複数の第1スリット及び上記複数の第2スリットの開口面積または開口幅と、上記複数の第1スリット及び上記複数の第2スリットの上記隔壁が設けられていない位置での開口面積または開口幅と、上記複数の第1スリット及び上記複数の第2スリットの各々の上記第3軸方向の長さと、上記複数のセルの各々の上記第3軸方向の長さと、熱交換の設計効率との関係から、上記成形体の形状を予め決定し、上記枠体及び上記隔壁を成形した後、上記複数の第1セルの上記第1軸方向側の上記隔壁、及び上記複数の第2セルの上記第2軸方向側の上記隔壁を除去し、上記成形体を形成することを特徴とする熱交換体の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a square tubular frame extending in the first axial direction and a direction formed inside the frame, extending in the first axial direction and orthogonal to the first axial direction. A plurality of partition walls forming a plurality of square tubular cells by being arranged at regular intervals in the second axis direction and the third axis direction which are orthogonal to each other, and the second axis among the plurality of cells. A plurality of first slits formed by removing the partition wall on the first end face side of one of the pair of end faces in the first axis direction of the plurality of first cells arranged in every other row in the direction, and the plurality of first cells. The partition wall on the other second end face side of the pair of end faces in the uniaxial direction of the plurality of second cells arranged in the row in the second axial direction different from the row of the plurality of first cells in the cell. A molding step of molding a molded body having a plurality of second slits formed by removing the above with a ceramic raw material, and a firing step of obtaining a heat exchanger of the ceramic sintered body by firing the molded body. In the molding step, the opening area or opening width of the plurality of first slits and the plurality of second slits at the position where the partition wall is provided, and the plurality of first slits and the plurality of first slits. The opening area or opening width of the two slits at the position where the partition wall is not provided, the length of each of the plurality of first slits and the plurality of second slits in the third axial direction, and the plurality of cells. The shape of the molded body is determined in advance from the relationship between the length of each in the third axial direction and the design efficiency of heat exchange, and after molding the frame and the partition wall, the above-mentioned first cell of the plurality of cells is described. Provided is a method for manufacturing a heat exchanger, which comprises removing the partition wall on the first axial direction side and the partition wall on the second axial direction side of the plurality of second cells to form the molded body. To.

本発明の一態様によれば、セラミックス焼結体の熱交換体であって、第1軸方向に延びる角筒状の枠体と、上記枠体の内部に形成され、上記第1軸方向に延び、上記第1軸方向に直交する方向であり互いに直交する第2軸方向及び第3軸方向にそれぞれ一定の間隔で列設されることで角筒状の複数のセルを形成する複数の隔壁と、上記複数のセルのうち上記第2軸方向に一列おきに並んだ複数の第1セルの、上記第1軸方向の一対の端面のうち一方の第1端面側の上記隔壁が除かれて形成される第1スリットと、上記複数のセルのうち上記複数の第1セルの列と異なる上記第2軸方向の列に並んだ複数の第2セルの、上記1軸方向の一対の端面のうち他方の第2端面側の上記隔壁が除かれて形成される複数の第2スリットと、を有し、熱交換の設計効率の達成度ηに応じて(1)式を満たすことを特徴とする熱交換体が提供される。 According to one aspect of the present invention, it is a heat exchanger of a ceramic sintered body, which is a square tubular frame extending in the first axial direction and is formed inside the frame and is formed in the first axial direction. A plurality of partition walls extending and forming a plurality of square tubular cells by being arranged at regular intervals in the second axis direction and the third axis direction which are orthogonal to the first axis direction and are orthogonal to each other. And, the partition wall on the first end face side of one of the pair of end faces in the first axis direction of the plurality of first cells arranged in every other row in the second axis direction among the plurality of cells is removed. A pair of end faces in the uniaxial direction of the first slit formed and a plurality of second cells arranged in a row in the second axial direction different from the row of the plurality of first cells among the plurality of cells. It is characterized by having a plurality of second slits formed by removing the partition wall on the other second end face side, and satisfying the equation (1) according to the degree of achievement η of the design efficiency of heat exchange. A heat exchanger is provided.

Figure 0006993954000001
Figure 0006993954000001

η:熱交換の設計効率の達成度(-)
L/d:セルの個数
L:第1スリット及び第2スリットの第3軸方向の長さ(mm)
d:複数のセルの各々の第3軸方向の長さ(mm)
A’:第1スリット及び第2スリットの隔壁が設けられた位置での開口面積(mm
A:第1スリット及び第2スリットの隔壁が設けられていない位置での開口面積(mm
η: Achievement of heat exchange design efficiency (-)
L / d: Number of cells L: Length of the first slit and the second slit in the third axis direction (mm)
d: Length (mm) of each of the plurality of cells in the third axis direction
A': Opening area (mm 2 ) at the position where the partition walls of the first slit and the second slit are provided.
A: Opening area (mm 2 ) at the position where the partition walls of the first slit and the second slit are not provided.

本発明の一態様によれば、熱交換の効率を高めることのできる、熱交換体の製造方法及び熱交換体が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a heat exchanger and a heat exchanger capable of increasing the efficiency of heat exchange.

本発明の第1実施形態に係る熱交換体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態に係る熱交換体を示す図面であり、(A)が正面図であり、(B)が背面図である。It is a drawing which shows the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment, (A) is a front view, (B) is a rear view. 第1実施形態に係る熱交換体を示すx軸方向中央での断面図である。It is sectional drawing in the center in the x-axis direction which shows the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る熱交換体を示すx軸正方向側での部分断面図であり、図2(A)におけるI-I線矢視図である。It is a partial cross-sectional view on the x-axis positive direction side which shows the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment, and is the line arrow view | FIG. 第1実施形態に係る熱交換体を示す部分断面図であり、(A)が図4におけるII-II線矢視図であり、(B)が図4におけるIII-III線矢視図である。It is a partial cross-sectional view which shows the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment, (A) is a view | FIG. .. 第1実施形態に係る熱交換体を示す断面図であり、(A)が第1セルの断面図であり、(B)が第2セルの断面図である。It is sectional drawing which shows the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment, (A) is sectional drawing of 1st cell, (B) is sectional drawing of 2nd cell. 第1実施形態に係る熱交換体の製造方法を示す説明図であり、(A)が成形体71の斜視図であり、(B)が成形体72の斜視図であり、(C)が成形体73の斜視図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the heat exchanger which concerns on 1st Embodiment, (A) is a perspective view of a molded body 71, (B) is a perspective view of a molded body 72, (C) is a molding. It is a perspective view of the body 73. 本発明の第2実施形態に係る熱交換体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the heat exchanger which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態に係る熱交換体を示す図面であり、(A)が正面図であり、(B)が背面図である。It is a drawing which shows the heat exchanger which concerns on 2nd Embodiment, (A) is a front view, (B) is a rear view. 第2実施形態に係る熱交換体を示す断面図であり、(A)が第1セルの断面図であり、(B)が第2セルの断面図である。It is sectional drawing which shows the heat exchanger which concerns on 2nd Embodiment, (A) is sectional drawing of 1st cell, (B) is sectional drawing of 2nd cell. 第2実施形態に係る熱交換体の製造方法を示す説明図であり、(A)が成形体71の斜視図であり、(B)が成形体72の斜視図であり、(C)が成形体73の斜視図である。It is explanatory drawing which shows the manufacturing method of the heat exchanger which concerns on 2nd Embodiment, (A) is a perspective view of a molded body 71, (B) is a perspective view of a molded body 72, (C) is a molding. It is a perspective view of the body 73. 実施例の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of an Example.

以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても1つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。 In the following detailed description, many specific details are described by way of illustration of embodiments of the invention to provide a complete understanding of the invention. However, it is clear that one or more embodiments can be implemented without the description of such particular details. Also, the drawings are schematic representations of well-known structures and equipment for the sake of brevity.

<第1実施形態>
(熱交換体)
はじめに、図1~図6を参照して、第1実施形態に係る熱交換体1について説明する。熱交換体1は、高温の排ガスや排水等から熱を回収するセラミックス焼結体である。熱交換体1は、図1及び図2に示すように、枠体2と、隔壁3と、第1スリット41と、第2スリット42と、第1封止部51と、第2封止部52と、第1開口部61と、第2開口部62とを備える。
<First Embodiment>
(Heat exchanger)
First, the heat exchanger 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The heat exchanger 1 is a ceramic sintered body that recovers heat from high-temperature exhaust gas, wastewater, and the like. As shown in FIGS. 1 and 2, the heat exchanger 1 includes a frame body 2, a partition wall 3, a first slit 41, a second slit 42, a first sealing portion 51, and a second sealing portion. A 52, a first opening 61, and a second opening 62 are provided.

枠体2は、高さ方向がx軸方向(第1軸方向)に平行な方向となり、x軸方向に直交する方形断面において側面がy軸方向(第3軸方向)またはz軸方向(第2軸方向)に延在する角筒状の形状を有する。なお、図面において、x軸、y軸及びz軸は、互いに直交する軸である。
隔壁3は、図3に示すように、枠体2の内部にx軸方向に延在して形成される壁であり、y軸方向及びz軸方向にそれぞれ一定の間隔で列設されることで、格子状に形成される。隔壁3によって枠体2の内部は、格子状に区画されることとなり、この区画された各領域を、セル31という。つまり、熱交換体1は、y軸方向及びz軸方向に並んで設けられた複数のセル31を、内部に有している。なお、隔壁3のz軸方向の間隔であるセル31のz軸方向の長さをdといい、隔壁3のy軸方向の間隔であるセル31のy軸方向の長さをwという。また、後述するように、セル31のz軸方向の長さdは、y軸方向の長さwよりも大きいことが好ましい。
The height direction of the frame 2 is parallel to the x-axis direction (first axis direction), and the side surface of the frame 2 is in the y-axis direction (third axis direction) or the z-axis direction (third axis direction) in a rectangular cross section orthogonal to the x-axis direction. It has a square tubular shape extending in the biaxial direction). In the drawings, the x-axis, y-axis, and z-axis are axes orthogonal to each other.
As shown in FIG. 3, the partition wall 3 is a wall formed so as to extend in the x-axis direction inside the frame body 2, and is arranged in rows at regular intervals in the y-axis direction and the z-axis direction, respectively. It is formed in a grid pattern. The inside of the frame body 2 is partitioned by the partition wall 3 in a grid pattern, and each of the partitioned areas is referred to as a cell 31. That is, the heat exchanger 1 has a plurality of cells 31 provided side by side in the y-axis direction and the z-axis direction inside. The length of the cell 31 in the z-axis direction, which is the spacing in the z-axis direction of the partition wall 3, is referred to as d, and the length of the cell 31 in the y-axis direction, which is the spacing in the y-axis direction of the partition wall 3, is referred to as w. Further, as will be described later, it is preferable that the length d in the z-axis direction of the cell 31 is larger than the length w in the y-axis direction.

第1スリット41は、図4に示すように、熱交換体1の内部のx軸正方向側に、z軸方向に並んだ複数の隔壁3が除かれることで、z軸方向に延在して形成される領域(空間)である。第1スリット41は、複数のセル31のうち、y軸方向に並んだ列の一列おきに形成される。
第2スリット42は、熱交換体1の内部のx軸負方向側に、z軸方向に並んだ複数の隔壁3が除かれることで、第1スリット41と同様に、z軸方向に延在して形成される領域(空間)である。第2スリット42は、複数のセル31のうち、y軸方向に並んだ列について第1スリット41が形成されていない列に形成される。また、第1スリット41が形成されたセル31を第1セル311、第2スリット42が形成されたセル31を第2セル312といい、熱交換体1の内部には、この第1セル311と第2セル312とが、図2(A)及び図2(B)に示すように、一列ずつ交互にy軸方向に並んで形成される。
As shown in FIG. 4, the first slit 41 extends in the z-axis direction by removing a plurality of partition walls 3 arranged in the z-axis direction on the x-axis positive direction side inside the heat exchanger 1. It is a region (space) formed by. The first slit 41 is formed in every other row of the rows arranged in the y-axis direction among the plurality of cells 31.
The second slit 42 extends in the z-axis direction like the first slit 41 by removing a plurality of partition walls 3 arranged in the z-axis direction on the x-axis negative direction side inside the heat exchanger 1. It is a region (space) formed by. The second slit 42 is formed in a row of the plurality of cells 31 in which the first slit 41 is not formed for the rows arranged in the y-axis direction. Further, the cell 31 in which the first slit 41 is formed is referred to as a first cell 311 and the cell 31 in which the second slit 42 is formed is referred to as a second cell 312. Inside the heat exchanger 1, the first cell 311 is formed. And the second cell 312 are formed side by side alternately in the y-axis direction, one row at a time, as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B).

なお、第1スリット41及び第2スリット42(以下、単に「スリット」ともいう。)では、z軸方向に並んだ隔壁3がy軸方向に完全に除かれず、後述する加工時の成形精度に応じて、一部を残した状態で除かれる。つまり、第1スリット41及び第2スリット42は、隔壁3が設けられたy軸方向位置において、隔壁3が設けられていない位置よりも内壁面が内側に突出した形状を有しており、y軸方向の幅が狭くなっている。このため、各スリットの隔壁3が設けられていないz軸方向位置でのx-y断面における開口領域の面積に対して、各スリットの隔壁3が設けられたz軸方向位置でのx-y断面における開口領域の面積が小さくなる。図5に示す例では、図5(A)に隔壁3が設けられた位置での部分断面図、図5(B)に隔壁3が設けられていない位置での部分断面図をそれぞれ示す。図5(A)に示すように、隔壁3が設けられた位置では、第1スリット41の開口領域は、x軸方向の長さa、y軸方向の長さbの方形領域として定められる。また、図5(B)に示すように、隔壁3が設けられていない位置では、第1スリット41の開口領域は、x軸方向の長さa、y軸方向の長さb(b>b)の方形領域として定められる。なお、隔壁3が設けられていない位置での開口領域のx軸負方向側端は、隔壁3が設けられた位置での開口領域のx軸負方向側端と同じとする。 In the first slit 41 and the second slit 42 (hereinafter, also simply referred to as “slit”), the partition walls 3 arranged in the z-axis direction are not completely removed in the y-axis direction, and the molding accuracy at the time of processing described later is described. Depending on the situation, it is removed with a part left. That is, the first slit 41 and the second slit 42 have a shape in which the inner wall surface protrudes inward from the position where the partition wall 3 is not provided at the y-axis direction position where the partition wall 3 is provided. The width in the axial direction is narrow. Therefore, the area of the opening region in the xy cross section at the z-axis direction position where the partition wall 3 of each slit is not provided is xy at the z-axis direction position where the partition wall 3 of each slit is provided. The area of the opening area in the cross section becomes smaller. In the example shown in FIG. 5, FIG. 5A shows a partial cross-sectional view at a position where the partition wall 3 is provided, and FIG. 5B shows a partial cross-sectional view at a position where the partition wall 3 is not provided. As shown in FIG. 5A, at the position where the partition wall 3 is provided, the opening region of the first slit 41 is defined as a rectangular region having a length a in the x-axis direction and a length b 1 in the y-axis direction. .. Further, as shown in FIG. 5B, at the position where the partition wall 3 is not provided, the opening region of the first slit 41 has a length a in the x-axis direction and a length b 2 (b 2 ) in the y-axis direction. > B 1 ) is defined as a rectangular area. The x-axis negative side end of the opening region at the position where the partition wall 3 is not provided is the same as the x-axis negative side end of the opening region at the position where the partition wall 3 is provided.

第1封止部51は、図2(A)に示すように、枠体2のx軸正方向側の端面(第1端面)のうち、第1スリット41が設けられた第1セル311の開口領域を封止して設けられる。つまり、第1セル311は、x軸方向の一対の端面について、x軸正方向側の端面が第1スリット41を介して封止され、x軸負方向側の端面が開口した状態となる。
第2封止部52は、図2(B)に示すように、枠体2のx軸負方向側の端面(第2端面)のうち、第2スリット42が設けられた第2セル312の開口領域を封止して設けられる。つまり、第2セル312は、x軸方向の一対の端面について、x軸負方向側の端面が第2スリット42を介して封止され、x軸正方向側の端面が開口した状態となる。
As shown in FIG. 2A, the first sealing portion 51 is the first cell 311 provided with the first slit 41 among the end faces (first end faces) on the x-axis positive direction side of the frame body 2. It is provided by sealing the opening area. That is, in the first cell 311, with respect to the pair of end faces in the x-axis direction, the end faces on the positive direction side of the x-axis are sealed via the first slit 41, and the end faces on the negative direction side of the x-axis are opened.
As shown in FIG. 2B, the second sealing portion 52 is the second cell 312 provided with the second slit 42 among the end faces (second end faces) on the negative side of the x-axis of the frame body 2. It is provided by sealing the opening area. That is, in the second cell 312, with respect to the pair of end faces in the x-axis direction, the end faces on the negative direction side of the x-axis are sealed via the second slit 42, and the end faces on the positive direction side of the x-axis are opened.

第1開口部61は、枠体2のz軸正方向側の側面のx軸正方向側の、第1スリット41が形成される位置にy軸方向に並んで複数形成される。第1開口部61は、隔壁3が設けられた位置における第1スリット41の開口領域と、形状や面積が同じとなる。
第2開口部62は、枠体2のz軸正方向側の側面のx軸負方向側の、第2スリット42が形成される位置にy軸方向に並んで複数形成される。第2開口部62は、隔壁3が設けられた位置における第2スリット42の開口領域と、形状や面積が同じとなる。
A plurality of first openings 61 are formed side by side in the y-axis direction at a position on the x-axis positive direction side of the side surface of the frame body 2 on the z-axis positive direction side where the first slit 41 is formed. The first opening 61 has the same shape and area as the opening region of the first slit 41 at the position where the partition wall 3 is provided.
A plurality of second openings 62 are formed side by side in the y-axis direction at positions on the x-axis negative direction side of the side surface of the frame body 2 on the z-axis positive direction side where the second slit 42 is formed. The second opening 62 has the same shape and area as the opening region of the second slit 42 at the position where the partition wall 3 is provided.

第1実施形態に係る熱交換体1では、x軸方向の両端面から温度の異なる流体(高温流体と低温流体)を第1セル311及び第2セル312にそれぞれ流入させることで、この2つの流体の熱交換を行う。この際、第1セル311では、一方の流体が、x軸負方向側の開口から流入し、第1開口部61から流出する。一方、第2セル312では、他方の流体が、x軸正方向側の開口から流入し、第2開口部62から流出する。そして、隔壁3を通じて、第1セル311及び第2セル312に流入した流体の熱交換が行われる。 In the heat exchanger 1 according to the first embodiment, fluids having different temperatures (high temperature fluid and low temperature fluid) are allowed to flow into the first cell 311 and the second cell 312 from both end faces in the x-axis direction, respectively. Heat exchange of fluid. At this time, in the first cell 311, one of the fluids flows in from the opening on the negative side of the x-axis and flows out from the first opening 61. On the other hand, in the second cell 312, the other fluid flows in from the opening on the positive direction side of the x-axis and flows out from the second opening 62. Then, heat exchange of the fluid flowing into the first cell 311 and the second cell 312 is performed through the partition wall 3.

また、熱交換体1は、第1面積A’(mm)、第2面積A(mm)、セル31のz軸方向の長さd(mm)、並びに第1スリット41及び第2スリット42のz軸方向の長さL(mm)が、下記(1)式を満たすことが好ましい。第1面積A’は、第1スリット41及び第2スリット42の隔壁3が設けられた位置でのx-y断面の開口面積である。第1面積A’は、隔壁3が設けられたz軸方向位置での第1スリット41及び第2スリット42の各スリットのx-y断面の開口面積であり、図5(A)において、a×bで求められる面積である。また、第2面積Aは、隔壁3が設けられていないz軸方向位置での各スリットの断面の開口面積であり、図5(B)において、a×bで求められる面積である。セル31のz軸方向の長さdは、図6に示すように、z軸方向における隣り合うセル31同士またはセル31と枠体2のz軸方向端璧との中心間の距離である。また、第1スリット41及び第2スリット42のz軸方向の長さLは、図6に示すように、枠体2のz軸方向両端壁の、z軸方向における中心間の距離である。さらに、本実施形態では、複数のセル31の形状及び寸法は同じであり、第1スリット41及び第2スリット42の形状及び寸法も同じである。つまり、長さd、第1面積A’及び第2面積Aはどのセル31やどのスリットにおいても同一のものとなる。そして、本実施形態では、枠体2とセル31とは同じ厚みであることから、長さLは、長さdをz軸方向のセル31の個数だけ整数倍した値となる。なお、(1)式において、ηは熱交換の設計効率の達成度を示すものであり、第1スリット41及び第2スリット42での偏流を考慮しない場合における熱回収率に対する、第1スリット41及び第2スリット42での偏流を考慮した場合における熱回収率の比である。つまり、ηは、偏流による効率の低下分がどの程度であるかを示すものである。熱交換の設計効率の達成度ηは、0.90以上とすることが好ましく、0.95以上とすることがより好ましい。すなわち、(1)式の左辺を0.90以上とすることが好ましく、0.95以上とすることがより好ましい。(1)式において、第2面積Aに対する第1面積A’の比(A’/A)は、0~1の範囲である。このため、(1)式の指数部分は常に負の値を示すことより、(L/d)は小さいほど、そして(A’/A)は大きいほど(1)式の左辺の値は大きくなることがわかる。 Further, the heat exchanger 1 has a first area A'(mm 2 ), a second area A (mm 2 ), a length d (mm) of the cell 31 in the z-axis direction, and a first slit 41 and a second slit. It is preferable that the length L (mm) of 42 in the z-axis direction satisfies the following equation (1). The first area A'is the opening area of the xy cross section at the position where the partition wall 3 of the first slit 41 and the second slit 42 is provided. The first area A'is the opening area of the xy cross section of each slit of the first slit 41 and the second slit 42 at the position in the z-axis direction where the partition wall 3 is provided, and is a in FIG. 5 (A). It is an area obtained by × b1. Further, the second area A is the opening area of the cross section of each slit at the position in the z-axis direction in which the partition wall 3 is not provided, and is the area obtained by a × b 2 in FIG. 5 (B). As shown in FIG. 6, the length d of the cell 31 in the z-axis direction is the distance between adjacent cells 31 in the z-axis direction or between the center of the cell 31 and the edge of the frame 2 in the z-axis direction. Further, the length L of the first slit 41 and the second slit 42 in the z-axis direction is the distance between the centers of both end walls of the frame body 2 in the z-axis direction in the z-axis direction, as shown in FIG. Further, in the present embodiment, the shapes and dimensions of the plurality of cells 31 are the same, and the shapes and dimensions of the first slit 41 and the second slit 42 are also the same. That is, the length d, the first area A'and the second area A are the same in any cell 31 or any slit. Since the frame body 2 and the cell 31 have the same thickness in the present embodiment, the length L is a value obtained by multiplying the length d by the number of cells 31 in the z-axis direction by an integer. In addition, in the equation (1), η indicates the degree of achievement of the design efficiency of heat exchange, and the first slit 41 with respect to the heat recovery rate when the drift in the first slit 41 and the second slit 42 is not taken into consideration. And the ratio of the heat recovery rate when the drift in the second slit 42 is taken into consideration. That is, η indicates how much the efficiency is reduced due to the drift. The degree of achievement η of the heat exchange design efficiency is preferably 0.90 or more, and more preferably 0.95 or more. That is, the left side of the equation (1) is preferably 0.90 or more, and more preferably 0.95 or more. In the equation (1), the ratio (A'/ A) of the first area A'to the second area A is in the range of 0 to 1. Therefore, since the exponential part of Eq. (1) always shows a negative value, the smaller (L / d) and the larger (A' / A), the larger the value on the left side of Eq. (1). You can see that.

Figure 0006993954000002
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第1実施形態に係る熱交換体1では、第1スリット41及び第2スリット42のz軸方向の長さLをz軸方向のセルの長さdで割った値(L/d)、すなわち、z軸方向のセルの個数(L/d)及び第2面積Aに対する第1面積A’の比(A’/A)を調整することで、熱交換の設計効率の達成度を調整する。この調整方法では、後述するように比(A’/A)の上限が製作時の成形精度によって決まるため、通常の場合、この成形精度に応じてセルの個数(L/d)が決定される。セルの個数(L/d)は、隔壁3を熱交換体1のz軸方向に設ける数、つまり各スリット内の隔壁3を除いた後の凹凸の数に対応する。また、通常、セル31のy軸方向の長さは熱交換体1の成形精度や流体の種類に応じた圧損等の条件に応じて予め決定されるものであり、圧損が問題とならない程度で小さくすることが好ましい。そして、通常の場合において、熱交換の設計効率の達成度ηを0.90以上とするためには、セル31のx軸方向に直交する断面形状を、y軸方向の長さwよりもz軸方向の長さdが長い矩形状とすることが好ましい。特許文献1に示すような従来の熱交換体では、製作・設計の簡易性や強度の観点から、セルの断面形状を正方形としていた。しかし、第1実施形態では、(1)式を満たすようにz軸方向のセルの個数(L/d)を決定し、好ましくは断面形状をy軸方向の長さwよりもz軸方向の長さdが長い矩形とすることにより、スリット加工時に生じるスリット内面の凹凸による偏流の発生を抑えることができ、熱交換の設計効率の達成度を向上させることができる。 In the heat exchanger 1 according to the first embodiment, the value (L / d) obtained by dividing the length L of the first slit 41 and the second slit 42 in the z-axis direction by the cell length d in the z-axis direction, that is, , The degree of achievement of heat exchange design efficiency is adjusted by adjusting the number of cells (L / d) in the z-axis direction and the ratio of the first area A'to the second area A (A'/ A). In this adjustment method, as will be described later, the upper limit of the ratio (A'/ A) is determined by the molding accuracy at the time of manufacturing. Therefore, in a normal case, the number of cells (L / d) is determined according to the molding accuracy. .. The number of cells (L / d) corresponds to the number of partition walls 3 provided in the z-axis direction of the heat exchanger 1, that is, the number of irregularities after removing the partition walls 3 in each slit. Further, usually, the length of the cell 31 in the y-axis direction is determined in advance according to conditions such as the molding accuracy of the heat exchanger 1 and the pressure loss according to the type of fluid, and the pressure loss does not become a problem. It is preferable to make it smaller. Then, in a normal case, in order to make the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency 0.90 or more, the cross-sectional shape orthogonal to the x-axis direction of the cell 31 is z rather than the length w in the y-axis direction. It is preferable that the length d in the axial direction is a long rectangular shape. In the conventional heat exchanger as shown in Patent Document 1, the cross-sectional shape of the cell is square from the viewpoint of simplicity of manufacturing and design and strength. However, in the first embodiment, the number of cells (L / d) in the z-axis direction is determined so as to satisfy the equation (1), and the cross-sectional shape is preferably in the z-axis direction rather than the length w in the y-axis direction. By forming a rectangle having a long length d, it is possible to suppress the occurrence of drift due to the unevenness of the inner surface of the slit that occurs during slit processing, and it is possible to improve the degree of achievement of the design efficiency of heat exchange.

また、第1実施形態では、第1開口部61及び第2開口部62を同一の側面に形成することで、第1セル311を通る流体と、第2セル312を通る流体とのz軸方向の違いによる流量差を小さくすることができる。セル31は、流体が流出する開口部に近い程、流量が大きくなる。例えば、第1実施形態のセル31においては、z軸負方向側のセル31よりも、第1開口部61及び第2開口部62が設けられた側となるz軸正方向側のセル31を流れる流体の流量が大きくなる。また、偏流が発生した場合においても、z軸方向が同じセル31であれば、偏流による流量の変化が同様なものとなるため、第1セル311を通る流体と、第2セル312を通る流体とのz軸方向の違いによる流量差を小さくすることができる。これにより、より効果的に熱交換をすることができる。
なお、第1実施形態に係る熱交換体1は、実際に用いられる場合には、単独で用いられてもよく、用いられる用途に応じて複数の熱交換体1をx軸方向、y軸方向及びz軸方向の少なくとも一方に並べた集合体として用いられてもよい。
Further, in the first embodiment, by forming the first opening 61 and the second opening 62 on the same side surface, the fluid passing through the first cell 311 and the fluid passing through the second cell 312 are in the z-axis direction. The difference in flow rate due to the difference between the two can be reduced. The closer the cell 31 is to the opening through which the fluid flows, the higher the flow rate. For example, in the cell 31 of the first embodiment, the cell 31 on the z-axis positive direction side, which is the side on which the first opening 61 and the second opening 62 are provided, is more than the cell 31 on the z-axis negative direction side. The flow rate of the flowing fluid increases. Further, even when a drift occurs, if the cell 31 has the same z-axis direction, the change in the flow rate due to the drift is the same, so that the fluid passing through the first cell 311 and the fluid passing through the second cell 312 are the same. The difference in flow rate due to the difference in the z-axis direction with and can be reduced. As a result, heat exchange can be performed more effectively.
The heat exchanger 1 according to the first embodiment may be used alone when it is actually used, and a plurality of heat exchangers 1 may be used alone in the x-axis direction and the y-axis direction depending on the intended use. And may be used as an aggregate arranged in at least one of the z-axis directions.

(熱交換体の製造方法)
次に、第1実施形態に係る熱交換体1の製造方法について説明する。本実施形態では、まず、図7を参照して、セラミックス原料で、上記の熱交換体1と同様な形状の成形体7を成形する(成形工程)。セラミックス原料は、焼成によりセラミックスとなるものである。熱交換体1として用いられるセラミックスは、熱交換体1が用いられる環境に適用できるものであれば特に限定されない。例えば、熱交換体1として用いられるセラミックスとしては、炭化珪素、シリカ、アルミナ、窒化珪素、窒化ホウ素、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ハフニア、イットリア、ランタナ等のセラミックのうち1種を単独で使用することができるし、あるいは2種以上を併用することもできる。なお、耐熱性に優れることから、炭化珪素を用いることが好ましい。熱交換体1のセラミックスとして炭化珪素を用いる場合、セラミックス原料としては、炭化珪素粉末を含有する原料、または炭化珪素を生成する珪素源及び炭素源を含む原料を用いることができる。炭化珪素を生成する珪素源及び炭素源を含む原料を用いる場合、焼成時において、炭化珪素を反応生成させつつ焼成が行われる。
(Manufacturing method of heat exchanger)
Next, a method for manufacturing the heat exchanger 1 according to the first embodiment will be described. In the present embodiment, first, referring to FIG. 7, a molded body 7 having the same shape as the heat exchanger 1 is molded from the ceramic raw material (molding step). The ceramic raw material becomes ceramics by firing. The ceramics used as the heat exchanger 1 are not particularly limited as long as they can be applied to the environment in which the heat exchanger 1 is used. For example, as the ceramics used as the heat exchanger 1, one of ceramics such as silicon carbide, silica, alumina, silicon nitride, boron nitride, magnesia, zirconia, titania, hafnia, yttria, and lanthana should be used alone. Or you can use two or more of them together. It is preferable to use silicon carbide because it has excellent heat resistance. When silicon carbide is used as the ceramics of the heat exchanger 1, as the ceramic raw material, a raw material containing silicon carbide powder or a raw material containing a silicon source and a carbon source for producing silicon carbide can be used. When a silicon source for producing silicon carbide and a raw material containing a carbon source are used, firing is performed while reacting and generating silicon carbide at the time of firing.

成形工程では、はじめに、熱交換の設計効率の達成度ηに応じて、熱交換体1の第1面積A’、第2面積A、及びセル31のz軸方向の隔壁3の個数を決定する。セルの個数は、z軸方向の長さが決まっている場合は、隔壁を含むセルの長さdで除すること(L/d)により求められる。熱交換の設計効率の達成度ηは、上記の(1)式で決定される値である。熱交換の設計効率の達成度ηを大きくするためには、第2面積Aに対する第1面積A’の比(A’/A)を大きくするか、セルの個数(L/d)を小さくする必要がある。 In the molding step, first, the number of the first area A', the second area A, and the partition wall 3 in the z-axis direction of the heat exchanger 1 is determined according to the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency. .. The number of cells is obtained by dividing by the length d of the cells including the partition wall (L / d) when the length in the z-axis direction is fixed. The degree of achievement η of the heat exchange design efficiency is a value determined by the above equation (1). In order to increase the degree of achievement η of the design efficiency of heat exchange, increase the ratio (A'/ A) of the first area A'to the second area A, or decrease the number of cells (L / d). There is a need.

比(A’/A)を大きくさせるためには、第1面積A’を大きくする必要があり、これは成形工程における成形精度に応じて上限が決まるものである。つまり、比(A’/A)、つまり第1面積A’は、成形精度に応じて、できるだけ大きな値とすることが好ましい。なお、後述するように隔壁3を取り除くことで、第1スリット41及び第2スリット42を形成する場合、各スリットにおけるz軸方向に並んだセル31間の内面を平らに形成することは困難であり、凹凸が生じることは避けられない。しかしながら、この凹凸は、焼成後の熱交換体1において、流体の偏流の原因となるものである。このため、熱交換の効率を向上させる観点からは、この凹凸を小さく、つまり比(A’/A)を大きくさせる(1に近づける)ことが有効となる。 In order to increase the ratio (A'/ A), it is necessary to increase the first area A', and the upper limit is determined according to the molding accuracy in the molding step. That is, the ratio (A'/ A), that is, the first area A'is preferably set to a value as large as possible according to the molding accuracy. When the first slit 41 and the second slit 42 are formed by removing the partition wall 3 as described later, it is difficult to form the inner surface between the cells 31 arranged in the z-axis direction in each slit flat. Yes, it is inevitable that unevenness will occur. However, this unevenness causes the drift of the fluid in the heat exchanger 1 after firing. Therefore, from the viewpoint of improving the efficiency of heat exchange, it is effective to reduce the unevenness, that is, to increase the ratio (A'/ A) (approach 1).

セルの個数(L/d)を小さくするためには、第1スリット41及び第2スリット42の長さLは熱交換体1自体の大きさによって決まるものであることから、セル31のz軸方向の長さdを大きくする必要がある。セル31のz軸方向の長さdを大きくし過ぎると、熱交換体1の強度が低下してしまうことから、長さdの上限は、必要とされる強度や材質に応じて決定する。なお、長さdを大きくすることが好ましいことから、セル31のx軸方向に直交する断面形状は、z軸方向の長さdがy軸方向の長さwよりも長い、矩形となることが好ましい。なお、セル31のy軸方向の長さwは、長さdと同様に、y軸方向における隣り合うセル31同士またはセル31と枠体2のy軸方向端璧との中心間の距離として定義される。 In order to reduce the number of cells (L / d), the length L of the first slit 41 and the second slit 42 is determined by the size of the heat exchanger 1 itself, so that the z-axis of the cell 31 It is necessary to increase the length d in the direction. If the length d of the cell 31 in the z-axis direction is made too large, the strength of the heat exchanger 1 will decrease. Therefore, the upper limit of the length d is determined according to the required strength and material. Since it is preferable to increase the length d, the cross-sectional shape of the cell 31 orthogonal to the x-axis direction is a rectangle in which the length d in the z-axis direction is longer than the length w in the y-axis direction. Is preferable. The length w of the cell 31 in the y-axis direction is the distance between adjacent cells 31 in the y-axis direction or the center between the cell 31 and the end wall of the frame 2 in the y-axis direction, similarly to the length d. Defined.

成形工程では、熱交換体1の形状の条件を決定した後、図7(A)に示すように、セラミックス材料を用いて枠体2と隔壁3とが一体で形成された成形体71(7)を形成する。この際、形成される成形体71は、第1スリット41及び第2スリット42が形成されていない形状であり、隔壁3と枠体2の長手方向となるx軸方向の長さが同一に形成される。なお、成形体71のセル31のz軸方向の長さd、並びに第1スリット41及び第2スリット42のz軸方向の長さLは、上述のように予め決定された長さとなる。 In the molding step, after determining the shape conditions of the heat exchanger 1, as shown in FIG. 7A, the molded body 71 (7) in which the frame body 2 and the partition wall 3 are integrally formed using a ceramic material. ) Is formed. At this time, the molded body 71 formed has a shape in which the first slit 41 and the second slit 42 are not formed, and the partition wall 3 and the frame body 2 are formed to have the same length in the x-axis direction in the longitudinal direction. Will be done. The length d of the cell 31 of the molded body 71 in the z-axis direction and the length L of the first slit 41 and the second slit 42 in the z-axis direction are predetermined lengths as described above.

次いで、図7(B)に示すように、x軸の両方向側のz軸方向に列設された隔壁3を除去することで、第1スリット41及び第2スリット42を形成し、成形体72(7)を形成する。この際、第1スリット41は、成形体71の第1セル311の列のx軸正方向端面側のz軸方向に列設された隔壁3を取り除くことで形成される。また、第2スリット42は、成形体71の第2セル312の列のx軸負方向端面側のz軸方向に列設された隔壁3を取り除くことで形成される。除去によって形成される隔壁3の開口領域の面積である第1面積A’は、上述のように予め決定された大きさとなる。なお、本実施形態のように成形体71の隔壁3を除去する場合、焼成前の隔壁3を除去するため、例えば引用文献1のように焼成後の隔壁を除去する場合に比べて、隔壁3を精度よく除去することができ、比(A’/A)を大きくすることができる。さらに、この際、図7(B)に示すように、隔壁3の除去と共に、枠体2のz軸正方向側の端面の第1スリット41及び第2スリット42が形成された位置を、第1スリット41及び第2スリット42の形状と同様に除去することで、第1開口部61及び第2開口部62を形成する。 Next, as shown in FIG. 7B, the partition walls 3 arranged in the z-axis direction on both sides of the x-axis are removed to form the first slit 41 and the second slit 42, and the molded body 72 is formed. (7) is formed. At this time, the first slit 41 is formed by removing the partition walls 3 arranged in the z-axis direction on the x-axis positive direction end face side of the row of the first cell 311 of the molded body 71. Further, the second slit 42 is formed by removing the partition wall 3 arranged in the z-axis direction on the x-axis negative direction end face side of the row of the second cell 312 of the molded body 71. The first area A', which is the area of the opening region of the partition wall 3 formed by the removal, has a predetermined size as described above. When the partition wall 3 of the molded body 71 is removed as in the present embodiment, the partition wall 3 before firing is removed, so that the partition wall 3 is removed as compared with the case where the partition wall after firing is removed as in Cited Document 1, for example. Can be removed with high accuracy, and the ratio (A'/ A) can be increased. Further, at this time, as shown in FIG. 7B, the position where the first slit 41 and the second slit 42 are formed on the end face of the frame body 2 on the positive direction side of the z-axis is set along with the removal of the partition wall 3. The first opening 61 and the second opening 62 are formed by removing the first slit 41 and the second slit 42 in the same manner as in the shape of the first slit 41 and the second slit 42.

さらに、図7(C)に示すように、第1スリット41及び第2スリット42が形成された列の各スリットが形成された側の端面に、セラミックス原料からなる第1封止部51及び第2封止部52を設けることで、成形体73(7)を成形する。成形された成形体73は、図1及び図2に示す、熱交換体1と同様な形状となる。第1封止部51及び第2封止部52は、枠体2及び隔壁3と同じ素材であることが好ましいが、他のセラミックス原料であってもよい。成形体73が成形されることで、成形工程が完了する。 Further, as shown in FIG. 7C, a first sealing portion 51 made of a ceramic raw material and a first sealing portion 51 made of a ceramic raw material are provided on the end faces on the side where each slit of the row in which the first slit 41 and the second slit 42 are formed are formed. 2 By providing the sealing portion 52, the molded body 73 (7) is molded. The molded molded body 73 has the same shape as the heat exchanger 1 shown in FIGS. 1 and 2. The first sealing portion 51 and the second sealing portion 52 are preferably made of the same material as the frame body 2 and the partition wall 3, but may be made of other ceramic raw materials. The molding process is completed by molding the molded body 73.

成形工程の後、成形工程にて形成された成形体7を焼成し、焼結体である熱交換体1を得る焼成工程を行う。成形体7の焼成は、焼成雰囲気、焼成温度や時間等の条件はセラミックス原料の種類に応じて適宜設定される。例えば、熱交換体1のセラミックス原料として炭化珪素を用いる場合、焼成は非酸化雰囲気下で行われる。非酸化性雰囲気は、アルゴンやヘリウム等の不活性ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気、これらの混合ガス雰囲気、あるいは真空雰囲気である。 After the molding step, the molded body 7 formed in the molding step is fired to obtain a heat exchanger 1 which is a sintered body. In the firing of the molded body 7, conditions such as the firing atmosphere, firing temperature and time are appropriately set according to the type of the ceramic raw material. For example, when silicon carbide is used as the ceramic raw material of the heat exchanger 1, firing is performed in a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere is an inert gas atmosphere such as argon or helium, a nitrogen gas atmosphere, a mixed gas atmosphere thereof, or a vacuum atmosphere.

焼成を実施した後に、必要に応じて酸化防止剤を被覆して、熱処理を施しても良い。酸化防止剤は、加熱によって珪酸系ガラスとなるものであり、二酸化珪素の他、酸化ナトリウム、酸化カリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属成分、酸化カルシウム、炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属成分、珪素(単体の珪素)、酸化ホウ素、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウムなどを含有することができる。酸化防止剤は、焼成時に加熱されることによって、隔壁3の表面に固着した、珪酸系ガラスの酸化防止層となる。ここで、アルカリ金属成分やアルカリ土類金属成分は、加熱下で二酸化珪素を溶融または軟化させるため、これらの含有量により、隔壁への付着性や浸透性を調整することができる。また、酸化ホウ素の含有量により、珪酸系ガラスの熱膨張率を調整することができる。その他、酸化アルミニウムや水酸化アルミニウム(加熱下で酸化アルミニウムとなる)の含有量により、珪酸系ガラスの強度を調整することができる。 After the firing, if necessary, it may be coated with an antioxidant and heat-treated. Antioxidants are those that become silicic acid-based glass by heating, and in addition to silicon dioxide, alkali metal components such as sodium oxide, potassium oxide, and potassium carbonate, alkaline earth metal components such as calcium oxide and calcium carbonate, and silicon ( It can contain (single silicon), boron oxide, aluminum oxide, aluminum hydroxide and the like. The antioxidant becomes an antioxidant layer of silicic acid-based glass that adheres to the surface of the partition wall 3 by being heated during firing. Here, since the alkali metal component and the alkaline earth metal component melt or soften silicon dioxide under heating, the adhesion and permeability to the partition wall can be adjusted by their contents. Further, the coefficient of thermal expansion of the silicic acid-based glass can be adjusted by the content of boron oxide. In addition, the strength of the silicate-based glass can be adjusted by the content of aluminum oxide or aluminum hydroxide (which becomes aluminum oxide when heated).

<第2実施形態>
(熱交換体)
次に、第2実施形態に係る熱交換体1について説明する。第2実施形態に係る熱交換体1は、第1実施形態と同様に、高温の排ガスや排水等から熱を回収するセラミックス焼結体である。熱交換体1は、図8~図10に示すように、枠体2と、隔壁3と、第1スリット41と、第2スリット42と、第3スリット43と、第4スリット44と、第1封止部51と、第2封止部52と、第3封止部53と、第4封止部54とを備える。
<Second Embodiment>
(Heat exchanger)
Next, the heat exchanger 1 according to the second embodiment will be described. The heat exchanger 1 according to the second embodiment is a ceramic sintered body that recovers heat from high-temperature exhaust gas, wastewater, or the like, as in the first embodiment. As shown in FIGS. 8 to 10, the heat exchanger 1 includes a frame body 2, a partition wall 3, a first slit 41, a second slit 42, a third slit 43, a fourth slit 44, and a first. It includes a 1-sealing portion 51, a 2nd sealing portion 52, a 3rd sealing portion 53, and a 4th sealing portion 54.

枠体2及び隔壁3は、第1実施形態と同様なものである。つまり、x軸方向に延在する角筒状の枠体2の内部に、x軸方向に延在し、y軸方向及びz軸方向にそれぞれ一定の間隔で列設され、隔壁3が複数設けられることで、複数のセル31が形成される。そして、第1実施形態と同様に、z軸方向に並んだ複数のセル31の複数の列について、y軸方向に交互に第1セル311及び第2セル312とする。第1セル311及び第2セル312は、温度の異なる流体がそれぞれ流れるセル31である。 The frame body 2 and the partition wall 3 are the same as those in the first embodiment. That is, inside the square cylindrical frame 2 extending in the x-axis direction, the frame body 2 extends in the x-axis direction and is arranged in rows at regular intervals in the y-axis direction and the z-axis direction, and a plurality of partition walls 3 are provided. By doing so, a plurality of cells 31 are formed. Then, as in the first embodiment, the plurality of rows of the plurality of cells 31 arranged in the z-axis direction are alternately referred to as the first cell 311 and the second cell 312 in the y-axis direction. The first cell 311 and the second cell 312 are cells 31 through which fluids having different temperatures flow.

第1スリット41は、熱交換体1の内部のx軸正方向側に、z軸方向に並んだ複数の隔壁3が除かれることで、z軸方向に延在して形成される領域であり、第1実施形態のものと同じである。第1スリット41は、複数のセル31のうちz軸方向に並んだ列の一列おきである第1セル311に形成される。
第2スリット42は、熱交換体1の内部のx軸負方向側に、z軸方向に並んだ複数の隔壁3が除かれることで、z軸方向に延在して形成される領域であり、第1実施形態のものと同じである。第2スリット42は、複数のセル31のうち第1スリット41が形成されていない列である第2セル312に形成される。
The first slit 41 is a region formed extending in the z-axis direction by removing a plurality of partition walls 3 arranged in the z-axis direction on the x-axis positive direction side inside the heat exchanger 1. , The same as that of the first embodiment. The first slit 41 is formed in the first cell 311 which is every other row of the rows arranged in the z-axis direction among the plurality of cells 31.
The second slit 42 is a region formed extending in the z-axis direction by removing a plurality of partition walls 3 arranged in the z-axis direction on the x-axis negative direction side inside the heat exchanger 1. , The same as that of the first embodiment. The second slit 42 is formed in the second cell 312, which is a row in which the first slit 41 is not formed among the plurality of cells 31.

第3スリット43は、熱交換体1の内部のx軸負方向側に、z軸方向に並んだ複数の隔壁3が取り除かれることで、z軸方向に延在して形成される領域であり、第1スリット41が形成されたセル31である第1セル311に形成される。
第4スリット44は、熱交換体1の内部のx軸正方向側に、z軸方向に並んだ複数の隔壁3が取り除かれることで、z軸方向に延在して形成される領域であり、第2スリット42が形成されたセル31である第2セル312に形成される。
The third slit 43 is a region formed extending in the z-axis direction by removing a plurality of partition walls 3 arranged in the z-axis direction on the x-axis negative direction side inside the heat exchanger 1. , The first slit 41 is formed in the first cell 311 which is the cell 31 in which the first slit 41 is formed.
The fourth slit 44 is a region formed extending in the z-axis direction by removing a plurality of partition walls 3 arranged in the z-axis direction on the x-axis positive direction side inside the heat exchanger 1. , The second slit 42 is formed in the second cell 312, which is the cell 31 in which the second slit 42 is formed.

第1スリット41~第4スリット44は、セル31が同様に取り除かれて形成されるものであり、同一の形状及び寸法を有している。つまり、セル31のx軸の正方向及び負方向の両端面側について、それぞれz軸方向に並んだ複数の隔壁3が同様に取り除かれることで、第1スリット41~第4スリット44が形成される。 The first slit 41 to the fourth slit 44 are formed by removing the cell 31 in the same manner, and have the same shape and dimensions. That is, the first slit 41 to the fourth slit 44 are formed by similarly removing the plurality of partition walls 3 arranged in the z-axis direction on both the positive and negative end surface sides of the cell 31 in the x-axis direction. To.

第1封止部51は、枠体2のx軸正方向側の端面のうち、第1スリット41が設けられた第1セル311の開口領域のz軸負方向側を封止して設けられる。
第2封止部52は、枠体2のx軸負方向側の端面のうち、第2スリット42が設けられた第2セル312の開口領域のz軸負方向側を封止して設けられる。第2封止部52が設けられるz軸方向の長さは、第1封止部51が設けられるz軸方向の長さと同じである。
The first sealing portion 51 is provided by sealing the end face on the x-axis positive direction side of the frame body 2 on the z-axis negative direction side of the opening region of the first cell 311 provided with the first slit 41. ..
The second sealing portion 52 is provided by sealing the end face on the negative side of the x-axis of the frame body 2 on the negative side of the z-axis of the opening region of the second cell 312 provided with the second slit 42. .. The length in the z-axis direction in which the second sealing portion 52 is provided is the same as the length in the z-axis direction in which the first sealing portion 51 is provided.

第3封止部53は、枠体2のx軸負方向側の端面のうち、第1スリット41が設けられた第1セル311の開口領域のz軸正方向側を封止して設けられる。
第4封止部54は、枠体2のx軸正方向側の端面のうち、第2スリット42が設けられた第2セル312の開口領域のz軸正方向側を封止して設けられる。第4封止部54が設けられるz軸方向の長さは、第3封止部53が設けられるz軸方向の長さと同じである。
The third sealing portion 53 is provided by sealing the z-axis positive direction side of the opening region of the first cell 311 provided with the first slit 41 among the end faces on the x-axis negative direction side of the frame body 2. ..
The fourth sealing portion 54 is provided by sealing the z-axis positive direction side of the opening region of the second cell 312 provided with the second slit 42 among the end faces of the frame body 2 on the x-axis positive direction side. .. The length in the z-axis direction in which the fourth sealing portion 54 is provided is the same as the length in the z-axis direction in which the third sealing portion 53 is provided.

また、図9に示すように、第3封止部53及び第4封止部54によって封止されるz軸方向の領域は、第1封止部51及び第2封止部52によって封止されるz軸正方向側の領域を除いた領域とすることが好ましい。つまり、第3封止部53及び第4封止部54によって封止される領域と、第1封止部51及び第2封止部52によって封止される領域とは、z軸方向に重畳しないようにすることが好ましい。これは、熱交換体1の入側もしくは出側の開口面積が減少し、圧損の上昇につながるためである。また、第1封止部51及び第2封止部52によって封止される領域のz軸方向の長さは、第3封止部53及び第4封止部54によって封止される領域のz軸方向の長さよりも長くなることが好ましい。z軸方向に接するセル31は、各スリットにより内部でz軸方向に空間が繋がっているが、流体の入側を封止したセル31は入側を封止していないセル31に比べて通過流体の流量が減少することが考えられる。このため、通過流量の少ないセル31をできるだけ減らし効率を向上させるという考え方から、前述のような領域比とすることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 9, the region in the z-axis direction sealed by the third sealing portion 53 and the fourth sealing portion 54 is sealed by the first sealing portion 51 and the second sealing portion 52. It is preferable to set the region excluding the region on the positive direction side of the z-axis. That is, the region sealed by the third sealing portion 53 and the fourth sealing portion 54 and the region sealed by the first sealing portion 51 and the second sealing portion 52 are superimposed in the z-axis direction. It is preferable not to do so. This is because the opening area on the entry side or the exit side of the heat exchanger 1 is reduced, which leads to an increase in pressure loss. Further, the length of the region sealed by the first sealing portion 51 and the second sealing portion 52 in the z-axis direction is the length of the region sealed by the third sealing portion 53 and the fourth sealing portion 54. It is preferably longer than the length in the z-axis direction. The cell 31 in contact with the z-axis direction has a space internally connected in the z-axis direction by each slit, but the cell 31 that seals the entry side of the fluid passes through as compared with the cell 31 that does not seal the entry side. It is possible that the flow rate of the fluid will decrease. Therefore, from the idea of reducing the number of cells 31 having a small passing flow rate as much as possible to improve efficiency, it is preferable to use the region ratio as described above.

即ち、本実施形態に係る熱交換体1は、x軸正方向側の端面について、z軸正方向側で第1スリット41を通じて第1セル311が開口し、z軸負方向側で第4スリット44を通じて第2セル312が開口したものとなる。また、熱交換体1は、x軸負方向側の端面について、z軸正方向側で第2スリット42を通じて第2セル312が開口し、z軸負方向側で、第3スリット43を通じて第1セル311が開口したものとなる。 That is, in the heat exchanger 1 according to the present embodiment, the first cell 311 opens through the first slit 41 on the z-axis positive direction side and the fourth slit on the z-axis negative direction side with respect to the end face on the x-axis positive direction side. The second cell 312 is opened through 44. Further, in the heat exchanger 1, the second cell 312 is opened through the second slit 42 on the z-axis positive direction side and the first through the third slit 43 on the z-axis negative direction side with respect to the end face on the x-axis negative direction side. The cell 311 is opened.

また、熱交換体1は、第1実施形態と同様に、第1面積A’、第2面積A、並びにセル31のz軸方向のセルの個数(L/d)が、(1)式を満たすことが好ましい。なお、第1面積A’及び第2面積Aは、第1スリット41~第4スリット44の全てのスリットにおいて同じものとなる。 Further, in the heat exchanger 1, the number of cells (L / d) in the z-axis direction of the first area A', the second area A, and the cell 31 is the same as that of the first embodiment. It is preferable to meet. The first area A'and the second area A are the same in all the slits of the first slit 41 to the fourth slit 44.

第2実施形態に係る熱交換体1では、x軸方向の両端面のz軸負方向側からそれぞれ温度の異なる流体を第1セル311及び第2セル312に流入させることで、この2つの流体の熱交換を行う。この際、第1セル311では、図10(A)に示すように、x軸負方向側端面のz軸負方向側に形成された開口から流体が流入し、x軸正方向側端面のz軸正方向側に形成された開口から流体が流出する。一方、第2セル312では、図10(B)に示すように、x軸正方向側端面のz軸負方向側に形成された開口から流体が流入し、x軸負方向側端面のz軸正方向側に形成された開口から流体が流出する。そして、隔壁3を通じて、第1セル311及び第2セル312に流入した流体の熱交換が行われる。 In the heat exchanger 1 according to the second embodiment, fluids having different temperatures are allowed to flow into the first cell 311 and the second cell 312 from the z-axis negative direction sides of both end faces in the x-axis direction, thereby causing these two fluids. Heat exchange. At this time, in the first cell 311 as shown in FIG. 10A, the fluid flows in from the opening formed on the z-axis negative direction side of the x-axis negative side end face, and the z of the x-axis positive side end face is z. The fluid flows out from the opening formed on the positive side of the axis. On the other hand, in the second cell 312, as shown in FIG. 10B, the fluid flows in from the opening formed on the z-axis negative direction side of the x-axis positive side end face, and the z-axis of the x-axis negative side end face. The fluid flows out from the opening formed on the positive side. Then, heat exchange of the fluid flowing into the first cell 311 and the second cell 312 is performed through the partition wall 3.

ここで、第1実施形態や第2実施形態に係る熱交換体1のように高温の排ガスや排水等から熱を回収する熱交換体は、セラミックスで作製されている。しかし、通常、この熱交換体を収容するケーシングは金属で作製されるため、異種材料の接面が発生することとなる。このため、熱交換体の流体の流入や流出が行われる入口部分と出口部分では、特に昇温時の両材料間の伸びの差を考慮したシール方法をとらなければ、リークや破損の原因となる。このような部位におけるシール方法としては、一般的には、材料間にシール材を挟み、面圧をかけることでシールする方法がとられる。そして、十分なシール性を発揮するためには、シール部にかける面圧の大きさが重要となる。特許文献1に記載のような従来の熱交換体では、流体の入方向と出方向とが平行でない別の方向を向いているため、入方向と出方向で別々の方向に荷重をかける必要があった。また、ハニカム構造をとる熱交換体は、細管を束ねたような複数のセルを有する構造をしているため、セルの延在方向に平行な方向の荷重には強いが、垂直な方向の荷重には弱いものとなる。加えて、SiCに代表されるセラミックスは脆性材料であるため、強い荷重を加えると割れに繋がる恐れがある。このことは、第1実施形態に係る熱交換体1の場合についても同様であり、流体の吐出方向をシールする際に、第1開口部61及び第2開口部62の近傍の側面に対して、荷重に弱い方向であるセルに垂直な方向に荷重を加えてシールする必要がある。このため、荷重が強すぎることによる破損や、破損を懸念して荷重を小さくしすぎることによるリークが問題となる可能性がある。さらに、特許文献1に記載の熱交換体のように、対向する2つの側面にそれぞれ開口を設ける場合、熱交換体を2軸方向に抑える必要があるため、ケーシングが複雑になり、コストアップや組み立ての複雑化の原因となる。 Here, the heat exchanger that recovers heat from high-temperature exhaust gas, wastewater, or the like, such as the heat exchanger 1 according to the first embodiment or the second embodiment, is made of ceramics. However, since the casing that houses the heat exchanger is usually made of metal, contact surfaces of different materials are generated. For this reason, in the inlet and outlet parts where the fluid of the heat exchanger flows in and out, leaks and damage may occur unless a sealing method is taken in consideration of the difference in elongation between the two materials especially when the temperature rises. Become. As a sealing method at such a portion, a method of sandwiching a sealing material between materials and applying surface pressure is generally adopted. And, in order to exhibit sufficient sealing property, the magnitude of the surface pressure applied to the sealing portion is important. In a conventional heat exchanger as described in Patent Document 1, since the inflow direction and the outflow direction of the fluid are oriented in different directions, it is necessary to apply loads in different directions in the ingress and out directions. there were. Further, since the heat exchanger having a honeycomb structure has a structure having a plurality of cells like a bundle of thin tubes, it is strong against a load in a direction parallel to the extending direction of the cells, but a load in a vertical direction. Will be weak. In addition, since ceramics typified by SiC are brittle materials, there is a risk of cracking if a strong load is applied. This also applies to the case of the heat exchanger 1 according to the first embodiment, with respect to the side surfaces in the vicinity of the first opening 61 and the second opening 62 when sealing the discharge direction of the fluid. , It is necessary to apply a load in the direction perpendicular to the cell, which is the direction weak against the load, and seal it. For this reason, there is a possibility that damage due to the load being too strong or leakage due to the load being made too small due to concern about damage may become a problem. Further, when the heat exchangers described in Patent Document 1 are provided with openings on the two opposite side surfaces, the heat exchangers need to be suppressed in the biaxial direction, which complicates the casing and increases the cost. It causes complicated assembly.

これに対して、第2実施形態に係る熱交換体1では、流体の流入方向と吐出方向とが、平行な方向となることから、熱交換体1をシールする際に、荷重方向が1軸に平行な方向となる。さらに、この荷重方向が構造的に荷重に強いセルの延在方向となる。このため、第1実施形態に係る熱交換体1や特許文献1に記載の熱交換体に比べて、より大きな荷重をシール部に加えることができるようになり、リーク率の減少による熱回収率を向上させることができる。また、シール材料の選定の幅が広がることによる材料費の低下、ケーシングを小型かつ簡易な構造にできることによる製作費の低下と取付け時の作業の省略が期待できる。 On the other hand, in the heat exchanger 1 according to the second embodiment, since the inflow direction and the discharge direction of the fluid are parallel to each other, the load direction is one axis when the heat exchanger 1 is sealed. The direction is parallel to. Further, this load direction is the extension direction of the cell that is structurally strong against the load. Therefore, as compared with the heat exchanger 1 according to the first embodiment and the heat exchanger described in Patent Document 1, a larger load can be applied to the seal portion, and the heat recovery rate due to the reduction in the leak rate can be applied. Can be improved. In addition, it can be expected that the material cost will be reduced due to the wider selection of sealing materials, the manufacturing cost will be reduced due to the small size and simple structure of the casing, and the work at the time of installation will be omitted.

また、第2実施形態に係る熱交換体1では、図10に示すように、第1実施形態と同様に、第1セル311を流れる流体の流路と第2セル312を流れる流体の流路とが、z軸方向が同じであれば同様となる。このため、第1セル311を通る流体と、第2セル312を通る流体とのz軸方向の違いによる流量差を小さくすることができる。これにより、第1実施形態と同様に、より効果的に熱交換をすることができる。 Further, in the heat exchanger 1 according to the second embodiment, as shown in FIG. 10, the flow path of the fluid flowing through the first cell 311 and the flow path of the fluid flowing through the second cell 312 are the same as in the first embodiment. However, if the z-axis direction is the same, the same applies. Therefore, it is possible to reduce the difference in flow rate due to the difference in the z-axis direction between the fluid passing through the first cell 311 and the fluid passing through the second cell 312. As a result, heat exchange can be performed more effectively as in the first embodiment.

(熱交換体の製造方法)
次に、図11を参照して、第2実施形態に係る熱交換体1の製造方法について説明する。本実施形態では、まず、セラミックス原料で、上記の熱交換体1と同様な形状の成形体7を成形する(成形工程)。成形工程では、はじめに、第1実施形態と同様に、熱交換の設計効率の達成度ηに応じて、熱交換体1の第1面積A’、第2面積A、及びセル31のz軸方向のセルの個数(L/d)を決定する。
(Manufacturing method of heat exchanger)
Next, with reference to FIG. 11, a method for manufacturing the heat exchanger 1 according to the second embodiment will be described. In the present embodiment, first, a molded body 7 having the same shape as the heat exchanger 1 is molded from the ceramic raw material (molding step). In the molding step, first, as in the first embodiment, the first area A'of the heat exchanger 1, the second area A, and the z-axis direction of the cell 31 are determined according to the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency. Determine the number of cells (L / d) in.

成形工程では、熱交換体1の形状の条件を決定した後、図11(A)に示すように、セラミックス材料を用いて枠体2と隔壁3とが一体で形成された成形体71(7)を形成する。この際、形成される成形体71は、第1スリット41~第4スリット44が形成されていない形状であり、隔壁3と枠体2の長手方向となるx軸方向の長さが同一に形成される。なお、成形体71のセル31のz軸方向の長さd、並びに第1スリット41及び第2スリット42のz軸方向の長さLは、上述のように予め決定された長さとなる。 In the molding step, after determining the shape conditions of the heat exchanger 1, as shown in FIG. 11A, the molded body 71 (7) in which the frame body 2 and the partition wall 3 are integrally formed using a ceramic material. ) Is formed. At this time, the molded body 71 formed has a shape in which the first slit 41 to the fourth slit 44 are not formed, and the partition wall 3 and the frame body 2 are formed to have the same length in the x-axis direction in the longitudinal direction. Will be done. The length d of the cell 31 of the molded body 71 in the z-axis direction and the length L of the first slit 41 and the second slit 42 in the z-axis direction are predetermined lengths as described above.

次いで、図11(B)に示すように、x軸方向両端側の隔壁3を取り除くことで、第1スリット41~第4スリット44を形成し、成形体72(7)を形成する。この際、第1スリット41及び第3スリット43は、成形体71の第1セル311の列のx軸正方向端面側及び負方向端面側のy軸方向に延びる隔壁3を除去することで形成される。第2スリット42及び第4スリット44は、成形体71の第2セル312の列のx軸負方向端面側及び正方向端面側のy軸方向に延びる隔壁3を除去することで形成される。なお、除去によって形成される隔壁3の開口領域の面積である第1面積A’は、上述のように予め決定された大きさとなる。 Next, as shown in FIG. 11B, the partition walls 3 on both ends in the x-axis direction are removed to form the first slit 41 to the fourth slit 44, and the molded body 72 (7) is formed. At this time, the first slit 41 and the third slit 43 are formed by removing the partition wall 3 extending in the y-axis direction on the x-axis positive direction end face side and the negative direction end face side of the row of the first cell 311 of the molded body 71. Will be done. The second slit 42 and the fourth slit 44 are formed by removing the partition wall 3 extending in the y-axis direction on the x-axis negative direction end face side and the positive direction end face side of the row of the second cell 312 of the molded body 71. The first area A', which is the area of the opening region of the partition wall 3 formed by removal, has a predetermined size as described above.

さらに、図11(C)に示すように、第1スリット41及び第2スリット42が形成された端面のz軸負方向側、並びに第3スリット43及び第4スリット44が形成された端面のz軸正方向側に、セラミックス原料からなる第1封止部51~第4封止部54を設けることで、成形体73(7)を成形する。成形された成形体73は、図8~図10に示す、熱交換体1と同様な形状となる。第1封止部51~第4封止部54は、枠体2及び隔壁3と同じ素材となることが好ましいが、他のセラミックス原料であってもよい。成形体73が成形されることで、成形工程が完了する。
成形工程の後、第1実施形態と同様に、成形工程にて形成された成形体7を焼成し、焼結体である熱交換体1を得る焼成工程を行う。成形体7の焼成は、焼成雰囲気、焼成温度や時間等の条件はセラミックス原料の種類に応じて適宜設定される。例えば、熱交換体1のセラミックス原料として炭化珪素を用いる場合、焼成は非酸化雰囲気化で行われる。
Further, as shown in FIG. 11C, the z-axis negative direction side of the end surface on which the first slit 41 and the second slit 42 are formed, and the z of the end surface on which the third slit 43 and the fourth slit 44 are formed. The molded body 73 (7) is molded by providing the first sealing portion 51 to the fourth sealing portion 54 made of ceramic raw materials on the positive direction side of the shaft. The molded molded body 73 has the same shape as the heat exchanger 1 shown in FIGS. 8 to 10. The first sealing portion 51 to the fourth sealing portion 54 are preferably made of the same material as the frame body 2 and the partition wall 3, but may be made of other ceramic raw materials. The molding process is completed by molding the molded body 73.
After the molding step, as in the first embodiment, the molded body 7 formed in the molding step is fired to obtain a heat exchanger 1 which is a sintered body. In the firing of the molded body 7, conditions such as the firing atmosphere, firing temperature and time are appropriately set according to the type of the ceramic raw material. For example, when silicon carbide is used as the ceramic raw material of the heat exchanger 1, firing is performed in a non-oxidizing atmosphere.

<変形例>
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
<Modification example>
Although the present invention has been described above with reference to specific embodiments, it is not intended to limit the invention by these explanations. By reference to the description of the invention, one of ordinary skill in the art will appreciate the disclosed embodiments as well as other embodiments of the invention including various modifications. Therefore, it should be understood that the embodiments of the invention described in the claims also include embodiments including these variations described herein alone or in combination.

例えば、上記実施形態では、(1)式を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。上述のように、成形工程において隔壁3を除ききれずに各スリットの内面に生じた凹凸が、熱交換体1における熱交換の効率が低くなる要因となる。このため、熱交換の効率を調整しようとする場合、この凹凸の大きさや数を調整することが有効となり、効率向上のためにはこの凹凸を小さくし、数を少なくすればよい。例えば、第1実施形態に係る熱交換体1において、比(A’/A)は、第1封止部51や第2封止部52の厚みがz軸方向に一定であれば、各スリットの内面におけるy軸方向の長さである開口幅の、隔壁3が設けられた位置と隔壁3が設けられていない位置との比に相当する。つまり、(1)式の比(A’/A)の代わりに開口幅の比を用いてもよい。また、熱交換体1の形状を決定する際に、(1)式を用いずに、セル31のx軸方向に直交する断面形状が、y軸方向の長さよりもz軸方向の長さが長い矩形形状となるようにしてもよい。この場合、セル31の断面のz軸方向の長さは、上記実施形態と同様に熱交換体1に必要な強度に応じて上限が決定される。このようにすることで、セルの断面形状が正方形の熱交換体を、同様な成形精度で作製する場合に比べ、スリットを通過する流体の偏流の発生を抑えることができ、熱交換の効率を向上させることができる。 For example, in the above embodiment, the equation (1) is used, but the present invention is not limited to this example. As described above, the unevenness generated on the inner surface of each slit because the partition wall 3 cannot be completely removed in the molding process causes the efficiency of heat exchange in the heat exchanger 1 to decrease. Therefore, when trying to adjust the efficiency of heat exchange, it is effective to adjust the size and number of the unevenness, and in order to improve the efficiency, the unevenness may be reduced and the number may be reduced. For example, in the heat exchanger 1 according to the first embodiment, the ratio (A'/ A) is such that if the thickness of the first sealing portion 51 and the second sealing portion 52 is constant in the z-axis direction, each slit Corresponds to the ratio of the opening width, which is the length in the y-axis direction, to the position where the partition wall 3 is provided and the position where the partition wall 3 is not provided. That is, the ratio of the opening width may be used instead of the ratio (A'/ A) in the formula (1). Further, when determining the shape of the heat exchanger 1, the cross-sectional shape orthogonal to the x-axis direction of the cell 31 has a length in the z-axis direction rather than a length in the y-axis direction without using the equation (1). It may have a long rectangular shape. In this case, the upper limit of the length of the cross section of the cell 31 in the z-axis direction is determined according to the strength required for the heat exchanger 1 as in the above embodiment. By doing so, it is possible to suppress the occurrence of drift of the fluid passing through the slit and improve the efficiency of heat exchange, as compared with the case where a heat exchanger having a square cross-sectional shape of the cell is manufactured with the same molding accuracy. Can be improved.

また、上記実施形態では、第1スリット41~第4スリット44の第1面積A’及び第2面積Aはそれぞれ同じであるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。第1面積A’及び第2面積Aは、スリットの違いやスリットのz軸方向の位置の違いによってことなってもよい。この場合、(1)式に用いる第1面積A’及び第2面積Aとしては、各位置の第1面積A’及び第2面積Aをそれぞれ平均化したものを用いることができる。
さらに、上記実施形態では、枠体2の厚みとセル31の厚みとが同じであるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、枠体2とセル31とは、異なる厚みであってもよい。この場合、長さLは、枠体2の厚みに関わらず、(L/d)がz軸方向におけるセルの個数となるように、セル31の厚みに応じて定義してもよい。
Further, in the above embodiment, the first area A'and the second area A of the first slit 41 to the fourth slit 44 are the same, but the present invention is not limited to this example. The first area A'and the second area A may be different depending on the difference in the slits and the position of the slits in the z-axis direction. In this case, as the first area A'and the second area A used in the equation (1), those obtained by averaging the first area A'and the second area A at each position can be used.
Further, in the above embodiment, the thickness of the frame 2 and the thickness of the cell 31 are the same, but the present invention is not limited to this example. For example, the frame body 2 and the cell 31 may have different thicknesses. In this case, the length L may be defined according to the thickness of the cells 31 so that (L / d) is the number of cells in the z-axis direction regardless of the thickness of the frame body 2.

次に、本発明者らが行った実施例について説明する。実施例では、第1実施形態と同様な熱交換体1について、セルの個数(L/d)及び比(A’/A)をそれぞれ変化させて、熱交換の設計効率の達成度ηの変化を求めた。なお、実施例において熱交換の設計効率の達成度ηは、第1スリット41及び第2スリット42の凹凸による偏流の影響を考慮した場合の熱回収率の計算値を、第1スリット41及び第2スリット42の内面に凹凸がないとした場合の熱回収率の計算値で除した値である。 Next, the examples carried out by the present inventors will be described. In the embodiment, for the heat exchanger 1 similar to the first embodiment, the number of cells (L / d) and the ratio (A'/ A) are changed, respectively, and the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency is changed. Asked. In the embodiment, the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency is the calculated value of the heat recovery rate when the influence of the drift due to the unevenness of the first slit 41 and the second slit 42 is taken into consideration. 2 It is a value divided by the calculated value of the heat recovery rate when there is no unevenness on the inner surface of the slit 42.

実施例の結果を図12に示す。図12において、横軸がセルの個数(L/d)を示し、縦軸が熱交換の設計効率の達成度ηを示す。また、αは、比(A’/A)である。図12に示すように、セルの個数(L/d)が小さくなるに従い熱交換の設計効率の達成度ηが向上し、また、比(A’/A)が大きくなるに従い熱交換の設計効率の達成度ηが向上することが確認できた。また、(1)式の関係とすることで、この計算結果を精度よく再現できることが確認できた。つまり、熱交換の設計効率の達成度ηを制御するためには、セルの個数(L/d)及び比(A’/A)を調整することが有効であり、(1)式を用いてこの調整をすることで目的とする熱交換の設計効率の達成度ηが得られることが確認できた。 The results of the examples are shown in FIG. In FIG. 12, the horizontal axis indicates the number of cells (L / d), and the vertical axis indicates the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency. Further, α is a ratio (A'/ A). As shown in FIG. 12, the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency increases as the number of cells (L / d) decreases, and the heat exchange design efficiency increases as the ratio (A'/ A) increases. It was confirmed that the achievement level η of was improved. In addition, it was confirmed that this calculation result can be reproduced accurately by using the relation of the equation (1). That is, in order to control the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency, it is effective to adjust the number of cells (L / d) and the ratio (A'/ A), and it is effective to use the equation (1). It was confirmed that the achievement degree η of the design efficiency of the target heat exchange can be obtained by making this adjustment.

1 熱交換体
2 枠体
3 隔壁
31 セル
311 第1セル
312 第2セル
41 第1スリット
42 第2スリット
43 第3スリット
44 第4スリット
51 第1封止部
52 第2封止部
53 第3封止部
54 第4封止部
61 第1開口部
62 第2開口部
7,71,72,73 成形体
1 Heat exchanger 2 Frame body 3 Partition 31 Cell 311 1st cell 312 2nd cell 41 1st slit 42 2nd slit 43 3rd slit 44 4th slit 51 1st sealing part 52 2nd sealing part 53 3rd Sealing part 54 4th sealing part 61 1st opening 62 2nd opening 7,71,72,73 Molded body

Claims (5)

第1軸方向に延びる角筒状の枠体と、前記枠体の内部に形成され、前記第1軸方向に延び、前記第1軸方向に直交する方向であり互いに直交する第2軸方向及び第3軸方向にそれぞれ一定の間隔で列設されることで角筒状の複数のセルを形成する複数の隔壁と、前記複数のセルのうち前記第2軸方向に一列おきに並んだ複数の第1セルの、前記第1軸方向の一対の端面のうち一方の第1端面側の前記隔壁が除かれて形成される複数の第1スリットと、前記複数のセルのうち前記複数の第1セルの列と異なる前記第2軸方向の列に並んだ複数の第2セルの、前記第1軸方向の一対の端面のうち他方の第2端面側の前記隔壁が除かれて形成される複数の第2スリットと、を有する成形体をセラミックス原料で成形する成形工程と、
前記成形体を焼成することで、セラミックス焼結体の熱交換体を得る焼成工程と、
を備え、
前記成形工程では、前記隔壁が設けられていない位置での前記複数の第1スリット及び前記複数の第2スリットの開口面積または開口幅と、前記隔壁が設けられた位置での前記複数の第1スリット及び前記複数の第2スリットの開口面積または開口幅と、前記複数の第1スリット及び前記複数の第2スリットの各々の前記第3軸方向の長さと、前記複数のセルの各々の前記第3軸方向の長さと、熱交換の設計効率との関係から、熱交換の設計効率の達成度ηに応じて(1)式を満たすように前記成形体の形状を予め決定し、前記枠体及び前記隔壁を成形した後、前記複数の第1セルの前記第1端面側の前記第2軸方向に列設された前記隔壁、及び前記複数の第2セルの前記第2端面側の前記第2軸方向に列設された前記隔壁を除去し、前記成形体を形成し、
前記熱交換の設計効率の達成度ηを、0.90以上とすることを特徴とする熱交換体の製造方法。
Figure 0006993954000003
η:熱交換の設計効率の達成度(-)
L/d:セルの個数
L:複数の第1スリット及び複数の第2スリットの各々の第3軸方向の長さ(mm)
d:複数のセルの各々の第3軸方向の長さ(mm)
A’:複数の第1スリット及び複数の第2スリットの隔壁が設けられた位置での各々の開口面積(mm
A:複数の第1スリット及び複数の第2スリットの隔壁が設けられていない位置での各々の開口面積(mm
A square tubular frame extending in the first axial direction, a second axial direction formed inside the frame, extending in the first axial direction, orthogonal to the first axial direction, and orthogonal to each other. A plurality of partition walls forming a plurality of square tubular cells by arranging them in rows at regular intervals in the third axis direction, and a plurality of cells arranged in every other row in the second axis direction among the plurality of cells. A plurality of first slits formed by removing the partition wall on the first end face side of one of the pair of end faces in the first axial direction of the first cell, and the plurality of first cells among the plurality of cells. A plurality of second cells arranged in a row in the second axis direction different from the row of cells, formed by removing the partition wall on the other second end face side of the pair of end faces in the first axis direction. The molding process of molding the molded body having the second slit of the above with a ceramic raw material, and
A firing step of obtaining a heat exchanger of a ceramic sintered body by firing the molded body,
Equipped with
In the molding step, the opening area or opening width of the plurality of first slits and the plurality of second slits at a position where the partition wall is not provided, and the plurality of first slits at a position where the partition wall is provided. The opening area or opening width of the slit and the plurality of second slits, the length of each of the plurality of first slits and the plurality of second slits in the third axial direction, and the first of the plurality of cells. From the relationship between the length in the triaxial direction and the heat exchange design efficiency, the shape of the molded body is determined in advance so as to satisfy the equation (1) according to the achievement degree η of the heat exchange design efficiency, and the frame body. And, after molding the partition wall, the partition wall arranged in a row in the second axial direction on the first end face side of the plurality of first cells, and the second end face side of the plurality of second cells. The partition wall arranged in a row in the biaxial direction is removed to form the molded body, and the molded body is formed.
A method for manufacturing a heat exchanger , wherein the degree of achievement η of the heat exchange design efficiency is 0.90 or more .
Figure 0006993954000003
η: Achievement of heat exchange design efficiency (-)
L / d: Number of cells L: Length (mm) of each of the plurality of first slits and the plurality of second slits in the third axis direction.
d: Length (mm) of each of the plurality of cells in the third axis direction
A': Each opening area (mm 2 ) at the position where the partition walls of the plurality of first slits and the plurality of second slits are provided.
A: Each opening area (mm 2 ) at a position where the partition walls of the plurality of first slits and the plurality of second slits are not provided.
前記成形工程では、前記成形体の形状を決定する際に、前記複数のセルの前記第1軸方向に直交する断面形状が、前記第2軸方向の長さよりも前記第3軸方向の長さが長い矩形状とすることを特徴とする請求項1に記載の熱交換体の製造方法。 In the molding step, when determining the shape of the molded body, the cross-sectional shape of the plurality of cells orthogonal to the first axial direction is longer in the third axial direction than the length in the second axial direction. The method for manufacturing a heat exchanger according to claim 1, wherein the heat exchanger has a long rectangular shape. 前記成形工程では、
前記複数の第1セルの前記第1端面を封止する複数の第1封止部と、
前記複数の第2セルの前記第2端面を封止する複数の第2封止部と、
前記枠体の前記第3軸方向側の端面の、前記第1セルが形成される領域の前記第1端面側及び前記第2セルが形成される領域の前記第2端面側に形成される開口部と、
をさらに有する前記成形体を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換体の製造方法。
In the molding process,
A plurality of first sealing portions for sealing the first end faces of the plurality of first cells, and a plurality of first sealing portions.
A plurality of second sealing portions for sealing the second end faces of the plurality of second cells, and a plurality of second sealing portions.
An opening formed on the end face on the third axial direction side of the frame, on the first end face side of the region where the first cell is formed and on the second end face side of the region where the second cell is formed. Department and
The method for producing a heat exchanger according to claim 1 or 2 , further comprising forming the molded body.
前記成形工程では、
前記複数の第1セルの、前記第2端面側の前記隔壁が除かれて形成される複数の第3スリットと、
前記複数の第2セルの、前記第1端面側の前記隔壁が除かれて形成される複数の第4スリットと、
前記複数の第1セルの前記第1端面の、前記第3軸方向に平行な一方向側を封止する複数の第1封止部と、
前記複数の第2セルの前記第2端面の、前記一方向側を封止する複数の第2封止部と、
前記複数の第1セルの前記第2端面の、前記一方向側の反対の他方向側を封止する複数の第3封止部と、
前記複数の第2セルの前記第1端面の、前記他方向側を封止する複数の第4封止部と、
をさらに有する前記成形体を形成することを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の熱交換体の製造方法。
In the molding process,
A plurality of third slits formed by removing the partition wall on the second end surface side of the plurality of first cells, and a plurality of third slits.
A plurality of fourth slits of the plurality of second cells formed by removing the partition wall on the first end face side, and a plurality of fourth slits.
A plurality of first sealing portions for sealing the unidirectional side of the first end surface of the plurality of first cells parallel to the third axial direction.
A plurality of second sealing portions for sealing the one-way side of the second end surface of the plurality of second cells.
A plurality of third sealing portions for sealing the other direction side opposite to the one direction side of the second end surface of the plurality of first cells.
A plurality of fourth sealing portions for sealing the other direction side of the first end surface of the plurality of second cells.
The method for producing a heat exchanger according to any one of claims 1 or 2 , further comprising forming the molded body.
セラミックス焼結体の熱交換体であって、
第1軸方向に延びる角筒状の枠体と、
前記枠体の内部に形成され、前記第1軸方向に延び、前記第1軸方向に直交する方向であり互いに直交する第2軸方向及び第3軸方向にそれぞれ一定の間隔で列設されることで角筒状の複数のセルを形成する複数の隔壁と、
前記複数のセルのうち前記第2軸方向に一列おきに並んだ複数の第1セルの、前記第1軸方向の一対の端面のうち一方の第1端面側の前記隔壁が除かれて形成される複数の第1スリットと、
前記複数のセルのうち前記複数の第1セルの列と異なる前記第2軸方向の列に並んだ複数の第2セルの、前記第1軸方向の一対の端面のうち他方の第2端面側の前記隔壁が除かれて形成される複数の第2スリットと、
を有し、
熱交換の設計効率の達成度ηに応じて(1)式を満たし、
前記熱交換の設計効率の達成度ηを、0.90以上とすることを特徴とする熱交換体。
Figure 0006993954000004
η:熱交換の設計効率の達成度(-)
L/d:セルの個数
L:複数の第1スリット及び複数の第2スリットの各々の第3軸方向の長さ(mm)
d:複数のセルの各々の第3軸方向の長さ(mm)
A’:複数の第1スリット及び複数の第2スリットの隔壁が設けられた位置での各々の開口面積(mm
A:複数の第1スリット及び複数の第2スリットの隔壁が設けられていない位置での各々の開口面積(mm
It is a heat exchanger of a ceramic sintered body.
A square cylindrical frame extending in the first axis direction,
It is formed inside the frame, extends in the first axial direction, and is arranged at regular intervals in the second axial direction and the third axial direction which are orthogonal to the first axial direction and are orthogonal to each other. With multiple partition walls that form multiple cells in the shape of a square tube,
It is formed by removing the partition wall on the first end face side of one of the pair of end faces in the first axis direction of the plurality of first cells arranged in every other row in the second axis direction among the plurality of cells. With multiple first slits
Of the plurality of cells, the other second end face side of the pair of end faces in the first axis direction of the plurality of second cells arranged in the row in the second axis direction different from the row of the plurality of first cells. A plurality of second slits formed by removing the partition wall of the
Have,
According to the degree of achievement η of the design efficiency of heat exchange, the equation (1) is satisfied.
A heat exchanger characterized in that the degree of achievement η of the design efficiency of heat exchange is 0.90 or more .
Figure 0006993954000004
η: Achievement of heat exchange design efficiency (-)
L / d: Number of cells L: Length (mm) of each of the plurality of first slits and the plurality of second slits in the third axis direction.
d: Length (mm) of each of the plurality of cells in the third axis direction
A': Each opening area (mm 2 ) at the position where the partition walls of the plurality of first slits and the plurality of second slits are provided.
A: Each opening area (mm 2 ) at a position where the partition walls of the plurality of first slits and the plurality of second slits are not provided.
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