陶瓷熱交換器及其製造方法
2023-05-13 01:51:31
專利名稱：陶瓷熱交換器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種陶瓷熱交換器及其製造方法，特別是，涉及適用於微通道式對流型熱交換器的陶瓷熱交換器及其製造方法。
背景技術：
因為陶瓷比金屬輕，而且熱傳導性好，所以是適用於熱交換器的原材料。特別是， 因為陶瓷的耐熱性也很好，所以能夠用於高溫氣體的熱回收，該高溫氣體是如氣體渦輪等的排出氣體那樣的超過800°C的氣體。另外，對一般使用在高溫區域的金屬制的板翼式熱交換器而言，雖然熱交換率高，但是存在散熱片的形狀複雜且價格高的問題。另一方面，因為陶瓷的硬度高並且脆性也高，所以是一種很難加工成複雜形狀的材料。例如，專利文獻1 專利文獻3所記載的內容已經公開了使用具備這樣性質的陶瓷的熱交換器。專利文獻1所記載的陶瓷熱交換器的特徵在於，具備外框；為了使高溫流體及低溫流體相互相對地流到該外框的內部而設置的多條流體通路；分離該流體通路的隔壁，該隔壁和所述外框是燒結為一體而形成的陶瓷，並且高溫流體及低溫流體的熱交換經由所述隔壁進行。專利文獻2所記載的陶瓷熱交換器的特徵在於，對混合碳化矽粉末、碳粉末和粘合劑而形成的原料混合體進行成型，以製造多個帶溝槽的板狀成型體，用粘結劑臨時接合這些板狀成型體，從而形成內部具備作為細孔的所述溝槽的層疊體，對得到的層疊體實施脫粘合劑處理而形成脫脂體後，加熱該脫脂體，浸入熔融矽並通過反應燒結而生成一體的燒結體。專利文獻3所記載的陶瓷熱交換器的特徵在於，由以下部件構成用於將排出氣體導入內部的殼體；多條管道，其從殼體的一端部的外側向內側貫通地被導入，並且從殼體的另一端部的內側向外側貫通地延伸出，管道的內部充滿熱介質，並且使熱介質從排出氣體流路的下遊側向上遊側循環，用陶瓷原料或由陶瓷固體及陶瓷原料構成的陶瓷填充殼體和各管道的接合部的空隙。專利文獻1 (日本)特開2002-107072號公報專利文獻2 (日本)特開2005-289744號公報專利文獻3 (日本)特開平10-29876號公報雖然專利文獻1公開了將相互相對的流路配置成格子狀的陶瓷熱交換器，但是對該陶瓷熱交換器而言，沒有具體地記載高溫流體及低溫流路如何流入流路。另外，雖然專利文獻2公開了通過層疊並接合帶溝槽的板狀成型體而形成多條流路的陶瓷熱交換器，但是該陶瓷熱交換器不僅存在接合部位多、製造時需要花費工時的問題，而且存在容易產生洩漏的問題。另外，雖然專利文獻3公開了管道式陶瓷熱交換器，但是該陶瓷熱交換器中管道與殼體接合複雜，不僅存在製造時需要花費工時的問題，而且存在容易產生洩漏的問題
發明內容
本發明是鑑於上述問題而做出的，目的在於提供一種陶瓷熱交換器及其製造方法，其能夠通過減少接合部使製造容易，並且能夠減少洩漏。本發明的陶瓷熱交換器由陶瓷構成，通過使具有溫差的第一介質和第二介質相對流動，在所述第一介質和所述第二介質之間進行熱交換，該陶瓷熱交換器的特徵在於，包括主體部，其形成有所述第一介質流動的第一流路及所述第二介質流動的第二流路；蓋部，其與該主體部的兩端部連接並形成有與所述第一流路連通的開口部，所述主體部具有 入口流路，其在相當於所述第一流路的出口側的端部將所述第二介質從側面部導入所述第二流路；出口流路，其在相當於所述第一流路的入口側的端部將所述第二介質從所述第二流路向側面部排出。所述第一流路及所述第二流路例如每隔一行交替地形成。另外，所述第一流路及所述第二流路形成為例如格子狀或蜂窩狀。另外，所述第一流路及所述第二流路的流路截面可以由長邊及短邊構成。另外，優選的是，所述流路截面的長邊寬度與短邊寬度的比例是 1. 2 3. Oo所述入口流路及所述出口流路例如由所述蓋部的背面和從所述主體部的側面部與所述第二流路連通地形成的溝槽部構成。另外，所述出口流路也可以形成為其容積大於所述入口流路的容積。另外，所述陶瓷熱交換器具有可以插入所述主體部的筒部，該筒部具備入口室， 其與所述入口流路連通並具有所述第二介質的入口部；出口室，其與所述出口流路連通並具有所述第二介質的出口部。另外，在本發明的陶瓷熱交換器的製造方法中，該陶瓷熱交換器由陶瓷構成，通過使具有溫差的第一介質和第二介質相對流動，在所述第一介質和所述第二介質之間進行熱交換，該陶瓷熱交換器的製造方法的特徵在於，包括成型工序，其形成主體部的成型體和蓋部的成型體，該主體部具有所述第一介質流動的第一流路及所述第二介質流動的第二流路，該蓋部具有與所述第一流路連通的開口部；燒成工序，其通過燒成所述主體部的成型體及所述蓋部的成型體而形成所述主體部的燒結體及所述蓋部的燒結體；加工工序，其在所述主體部的燒結體的兩端部形成從側面部與所述第二流路連通的溝槽部；塗敷工序，其在所述主體部的燒結體及所述蓋部的燒結體中的至少一方的接合面塗敷結合劑；熱處理工序，其在所述主體部的燒結體的兩端面以使所述第一流路和所述開口部相吻合的方式配置所述蓋部的燒結體並進行熱處理，利用所述結合劑使所述主體部的燒結體及所述蓋部的燒結體形成一體。根據上述本發明的陶瓷熱交換器及其製造方法，陶瓷熱交換器由主體部和蓋部構成，通過接合該主體部和蓋部而構成陶瓷熱交換器，由於僅通過接合主體部和蓋部就能夠製造陶瓷熱交換器，因此，能夠減少接合部，能夠容易地製造熱交換器，並能夠減少洩漏。
圖1是表示本發明的陶瓷熱交換器的一個實施方式的圖，圖I(A)是側視圖，圖 I(B)是圖I(A)的箭頭B的向視圖。圖2是圖I(A)所示的陶瓷熱交換器的剖視圖，圖2(A)是SA-SA剖視圖，圖2 (B) 是SB-SB剖視圖。
圖3是表示使用本發明的陶瓷熱交換器的製造方法而得到的燒結體的圖，圖3㈧ 是表示燒成工序後的主體部的燒結體，圖3(B)是表示加工工序後的主體部的燒結體，圖 3(C)是表示塗敷工序後的主體部的燒結體及與其結合的蓋部的燒結體。圖4是表示本發明的陶瓷熱交換器的使用狀態的圖，圖4(A)表示第一使用例，圖 4(B)表示第二使用例。圖5是表示本發明的陶瓷熱交換器的變形例的圖，圖5 (A)是表示第一變形例的側視圖，圖5(B)是表示第二變形例的剖視圖。圖6是表示本發明的陶瓷熱交換器的第三變形例的圖，圖6 (A)是表示主體部的端面，圖6(B)是表示蓋部的端面，圖6 (C)是表示陶瓷熱交換器的端面。圖7是表示本發明的陶瓷熱交換器的其他變形例的圖，圖7(A)是第四變形例，圖 7(B)是第五變形例。
具體實施例方式以下，參照圖1 圖7對本發明的實施方式進行說明。在此，圖1是表示本發明的陶瓷熱交換器的一個實施方式的圖，圖I(A)是側視圖，圖I(B)是圖I(A)的箭頭B的向視圖。另外，圖2是圖KA)所示的陶瓷熱交換器的剖視圖，圖2(A)是SA-SA剖視圖，圖2(B) 是SB-SB剖視圖。對圖1及圖2所示的陶瓷熱交換器1而言，該陶瓷熱交換器1由陶瓷構成，通過使具有溫差的第一介質(以下稱為「高溫介質」)和第二介質(以下稱為「低溫介質」)相對流動，在高溫介質和低溫介質之間進行熱交換，該陶瓷熱交換器1具有主體部2，其形成有高溫介質流動的第一流路21及低溫介質流動的第二流路22 ；蓋部3，其與主體部2的兩端部 2a、2b連接並形成有與第一流路21連通的開口部31，主體部2具有入口流路23，其在相當於第一流路21的出口側的端部加使低溫介質從側面部導入第二流路22 ；出口流路24， 其在相當於第一流路21的入口側的端部2b使低溫介質從第二流路22向側面部排出。所述主體部2具有使高溫介質和低溫介質相對流動的功能。具體地說，如圖1及圖2所示，主體部2是呈圓柱狀的陶瓷燒結體，並在軸向形成多個通孔。例如如圖I(B)所示，這樣的通孔形成為格子狀，並每隔一行交替地設置第一流路21及第二流路22。另外，作為所述主體部2所使用的陶瓷燒結體，可以使用氧化鋁、氧化鋯等氧化物陶瓷及氮化矽、碳化矽等非氧化物陶瓷。氧化物陶瓷在高溫下具有良好的耐氧化性，因為非氧化物陶瓷的熱膨脹率低，所以在高溫下具有良好的機械特性。特別是，為了提高陶瓷熱交換器的性能，優選的是，主體部2使用熱傳導率高、高溫強度好的碳化矽。如圖2(A)所示，所述第一流路21是沿主體部2的軸向穿過整個主體部2而形成的通孔，並使高溫介質沿主體部2的軸向流動。即，高溫介質從主體部2的端部2b側的端面流入主體部2內，並從端部加側的端面向主體部2外流出。如圖2(B)所示，所述第二流路22是穿過主體部2的除軸向兩端部 、2b以外的部分而形成的通孔，並使低溫介質沿主體部2的軸向向與高溫介質的流動方向相對的方向流動。另外，在第二流路22的上遊側(端部加側)形成有入口流路23，在下遊側(端部2b 側)形成有出口流路24。因此，低溫介質從主體部2的端部加的側面部流入主體部2內， 並通過第二流路22從端部2b的側面部向主體部2外流出。
所述入口流路23及出口流路M由以下部件構成從主體部2的側面部與第二流路22連通而形成的溝槽部23a、Ma ；蓋部3的背面3a。如圖1 (A)及圖1 (B)所示，溝槽部 23a、2^從主體部2的側面部穿過第二流路22的整行而形成。另外，如圖I(A)所示，溝槽部23a、2 根據其形成位置調整寬度Da、Db。該寬度Da、Db形成為，例如根據第二流路22 的流路截面積，增大中央部的寬度Da、Db，減小兩端部的寬度Da、Db，並構成為能夠使低溫介質大致均勻地向各第二流路22流動。另外，如圖2(B)所示，入口流路23及出口流路M也作為配置於第二流路22的上遊及下遊側的緩衝空間而起作用。低溫介質從入口流路23流入主體部2內，並在通過第二流路22時，經由形成於第二流路22與第一流路21之間的隔壁與高溫介質進行熱交換，升溫的低溫介質從出口流路M向主體部2外流出。因此，由於到達出口流路M的低溫介質相比於流入主體部2內時的低溫介質產生熱膨脹，所以出口流路M形成為其容積比入口流路23的容積大。S卩，溝槽部23a、2 形成為出口流路M的寬度Db >入口流路23的寬度 Da0所述蓋部3與主體部2的兩端面連接，並具有隔開第一流路21和第二流路22的功能。具體地說，如圖1及圖2所示，蓋部3是具有比主體部2更大的直徑且呈圓板狀的陶瓷燒結體，並沿形成有第一流路21的行的外形形成有開口部31。雖然陶瓷使用例如以氮化矽或碳化矽為主要成分的材料，並且也並不限定於此，但是優選的是，使用與主體部2相同的陶瓷。另外，蓋部3的形狀不限定於圖示的圓板形，可以是四邊形、圓角四邊形、橢圓形、 多邊形等，也可以形成為與安裝陶瓷熱交換器1的部分相適應的形狀。所述開口部31以與第一流路21連通而不與第二流路22、入口流路23、出口流路對連通的方式形成於蓋部3。在圖I(B)中，雖然開口部31形成為與形成有第一流路21的行的第一流路21的外框形狀連接的長方形，但是並不限定於這樣的形狀，例如也可以形成為使各行的長度大致相同。接著，對本發明的陶瓷熱交換器1的製造方法進行說明。在此，圖3是表示使用本發明的陶瓷熱交換器的製造方法而得到的燒結體的圖，圖3(A)是表示燒成工序後的主體部的燒結體，圖3(B)是表示加工工序後的主體部的燒結體，圖3(C)是表示塗敷工序後的主體部的燒結體及與其結合的蓋部的燒結體。另外，圖3(A) (C)表示主體部2的入口流路 23側的端面。對本發明的陶瓷熱交換器1的製造方法而言，陶瓷熱交換器1由陶瓷構成，通過使具有溫差的高溫介質和低溫介質相對流動，在高溫介質和低溫介質之間進行熱交換，該陶瓷熱交換器1的製造方法包括成型工序，其形成主體部2的成型體和蓋部的成型體，該主體部2具有高溫介質流動的第一流路21及低溫介質流動的第二流路22，該蓋部具有與第一流路21連通的開口部31 ；燒成工序，通過燒成主體部2及蓋部3的成型體而形成主體部 2的燒結體20及蓋部3的燒結體30 ；加工工序，其在主體部2的燒結體20的兩端部2a、2b 形成從側面部與第二流路22連通的溝槽部23a、Ma ；塗敷工序，其在主體部2的燒結體20 和蓋部3的燒結體30中的至少一方的接合面塗敷結合劑4 ；熱處理工序，其以使第一流路 21和開口部31相吻合的方式將蓋部3的燒結體30配置在主體部2的燒結體20的兩端面並進行熱處理，用結合劑4使主體部2的燒結體20及蓋部3的燒結體30形成一體。所述成型工序是形成主體部2的成型體及蓋部3的成型體的工序。具體地說，通過以下方法能夠得到主體部2的成型體混合陶瓷粉狀體、粘合劑和水，使用模具對使用攪拌機等攪拌混合機混勻的粘土狀的坯土進行擠壓加工而得到主體部2的成型體，該模具能夠形成如圖3(A)所示的具備呈格子狀排列的多個通孔(第一流路21及第二流路22)的圓柱形。另外，通過以下方法能夠得到蓋部3的成型體將向陶瓷粉狀體添加粘合劑形成漿料後進行噴霧乾燥而生成的顆粒，填入可以形成如圖3(C)所示的具有開口部31的圓板狀的模具中，並在規定條件下進行加壓。另外，成型方法不限定於上述方法，可以在使用靜液壓衝壓成型法(橡膠衝壓成型法(』 H > 7成形法))成型後實施切削加工，或使用鑄造成型法。另外，也可以根據需要對得到的成型體實施切削加工。在此，具體地對使用碳化矽作為陶瓷的材質的例子進行說明。首先，對主體部2而言，向平均粒徑為0. 5 10 μ m、純度為99 99. 8 %的碳化矽一次原料中添加碳(C)及硼 (B)，並且添加氧化鋁(Al2O3)、三氧化二釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO)等燒結輔助劑，在攪拌機等攪拌混合機中向上述混合物適量地投入聚乙二醇、聚氧化乙烯等粘合劑及水，並通過混合， 得到可以用於擠壓成型的粘土狀的坯土。利用所述模具對該坯土進行擠壓成型，從而能夠得到成型體。另外，對蓋部3而言，向平均粒徑為0. 5 10 μ m、純度為99 99. 8%的碳化矽一次原料中添加碳(C)、硼(B)，並添加氧化鋁(Al2O3)、三氧化二釔(Y2O3)、氧化鎂(MgO)等燒結輔助劑，且適量地添加聚乙二醇、聚氧化乙烯等粘合劑形成漿料後，用噴霧乾燥法對該漿料進行造粒而得到顆粒。通過在所述模具中填入該顆粒並在規定的條件下進行加壓，從而能夠得到成型體。所述燒成工序是通過對主體部2及蓋部3的成型體進行燒成而形成主體部2的燒結體20及蓋部3的燒結體30的工序。具體地說，將主體部2及蓋部3的成型體投入燒成爐，在與陶瓷粉狀體的材質相適應的規定的氣氛、溫度及保持時間進行燒成，從而能夠得到具有如圖3(A)所示的呈格子狀排列的多個通孔(第一流路21及第二流路22)的圓柱狀的主體部2的燒結體20及具有如圖3(C)所示的開口部31的圓板狀的蓋部3的燒結體30。 當陶瓷的材質是碳化矽時，通過在非氧化氣氛中以1800 2200°C的溫度進行燒成，從而能夠得到各燒結體。所述加工工序是形成構成入口流路23及出口流路M的溝槽部23a、Ma的工序。 具體地說，在主體部2的燒結體20的兩端部2a、2b形成與第二流路22連通的溝槽部23a、 24a0另外，主體部2的兩端部h、2b的溝槽部23a、Ma的寬度Da、Db以例如圖1㈧所示的方式被設定。雖然陶瓷通常是硬度高且脆性高、很難加工的材料，但是對本發明的加工工序而言，因為只需要從側面部筆直地對主體部2的兩端部h、2b進行切削或研磨即可，所以加工容易，並能夠不破壞主體部2的燒結體20而形成溝槽部23a、Ma，加工工序後的主體部 2的燒結體20的端部加側的端面如圖3(B)所示。所述塗敷工序是在主體部2的燒結體20及蓋部3的燒結體30中的至少一方的接合面塗敷結合劑4的工序。結合劑4使用例如玻璃質的釉藥。用刷子等在作為接合面的主體部2的燒結體20的兩端面塗敷這樣的結合劑4。塗敷工序後的主體部2的燒結體20的端部加側的端面的塗敷部分如圖3 (C)的陰影所示。另外，當在主體部2的燒結體20塗敷結合劑4時，優選的是，使結合劑4不流入第二流路22及溝槽部23a。另外，可以根據需要遮住作為接合面的蓋部3的燒結體30的背面3a等的同時塗敷結合劑4，也可以在主體部2的燒結體20及蓋部3的燒結體30的接合面都塗敷結合劑4。所述熱處理工序是使主體部2的燒結體20及蓋部3的燒結體30形成一體並得到如圖1及圖2所示的陶瓷熱交換器1的工序。具體地說，在塗敷了結合劑4的主體部2的燒結體20的兩端面以使第一流路21和開口部31相吻合併連通的方式配置蓋部3的燒結體30並進行熱處理，從而可以利用結合劑4使主體部2的燒結體20和蓋部3的燒結體30 形成為一體。通過如上所述的本發明的陶瓷熱交換器1的製造方法，對熱處理後所得到的陶瓷熱交換器1而言，容易產生洩漏的接合部能夠減少到只剩下主體部2兩端面的兩個部位，從而能夠減小產生洩漏的可能性。另外，因為只需要進行如下處理即可在主體部2的燒結體 20的兩端面或蓋部3的燒結體30的背面3a中的至少一方的接合面塗敷結合劑4，並配置成使主體部2的燒結體20的第一流路21和蓋部3的燒結體30的開口部31連通，通過熱處理使其形成為一體，所以能夠容易地使主體部2的燒結體20及蓋部3的燒結體30接合， 從而能夠減少作業工時。另外，因為僅通過在主體部2的燒結體20的兩端部2a、2b形成溝槽部23a、Ma，並使主體部2的燒結體20的兩端部2a、2b與蓋部3的燒結體30接合，即可形成使低溫介質向第二流路22流通的入口流路23及出口流路M，所以能夠選擇也可以適用於脆性高、加工難的陶瓷的加工方法，從而能夠使加工容易。接著，對本發明的陶瓷熱交換器1的使用例進行說明。在此，圖4是表示本發明的陶瓷熱交換器的使用狀態的圖，圖4(A)是表示第一使用例，圖4(B)是表示第二使用例。另外，與圖1及圖2所示的構成部件相同的部件用相同的附圖標記表示，因此省略重複的說明。如圖4(A)及圖4(B)所示的陶瓷熱交換器1的使用例具有可以插入主體部2的筒部5，筒部5具備入口室51，其與入口流路23連通並具有低溫介質的入口部51a ；出口室 52，其與出口流路M連通並具有低溫介質的出口部52a。圖4(A)所示的第一使用例使低溫介質從陶瓷熱交換器1的側面部側流入、流出。 具體地說，在陶瓷熱交換器1的蓋部3之間安裝筒部5，通過螺栓等連接工具8使筒部5的兩端部與引導高溫介質的引導流路6連接。另外，在蓋部3和引導流路6之間配置有彈性體 7。因為筒部5及引導流路6通常由金屬製成，所以存在筒部5及導向流路6與陶瓷熱交換器1之間產生熱膨脹差的情況，因此用彈性體7吸收該熱膨脹差。彈性體7可以是富有密封性能的橡膠部件，在通過其他部分來確保密封性的情況下，彈性體7也可以是彈簧部件。筒部5的內周面具有凸部53，並通過該凸部53形成入口室51和出口室52。另外，凸部53的內徑形成為比陶瓷熱交換器1的主體部2的外徑稍大，因此能夠利用該間隙來應對陶瓷熱交換器1和筒部5的熱膨脹差。另外，例如，如圖4(A)所示，凸部53的軸向寬度Dc形成為不與入口流路23及出口流路M重疊。當然，也可以使入口流路23和出口流路M形成為容積的大小相同(溝槽部23a的寬度Da =溝槽部Ma的寬度Db的狀態)， 並根據凸部53與入口流路23和出口流路M的重疊狀況(凸部53的形成位置及軸向寬度 Dc的長度)，調節入口流路23和出口流路M的緩衝空間的容積。另外，例如，筒部5構成為可以在軸向上分割成多個，通過將其連結以使其處於密封狀態，從而安裝在陶瓷熱交換器1 的主體部2。另外，可以在入口室51及出口室52分別形成一個入口部51a及出口部52a， 也可以呈放射狀地分別形成多個入口部51a及出口部52a。
在如上所述的第一使用例中，高溫介質沿陶瓷熱交換器1的軸向流動，從形成有出口流路M的端部2b側流入第一流路21，從形成有入口流路23的端部加側向外部流動。 另外，低溫介質從筒部5的入口部51a向入口室51內流動，從形成於陶瓷熱交換器1的側面部的入口流路23進入第二流路22，在主體部2內與高溫介質進行熱交換並經由出口流路 24、出口室52、出口部52a向外部流動。高溫介質是例如800°C以上的排出氣體，低溫介質是例如向發動機等內燃機供給的150 200°C左右的壓縮空氣。通過使用本發明的陶瓷熱交換器1，使作為低溫介質的壓縮空氣升溫至例如500°C左右。如圖4(B)所示的第二使用例使低溫介質從陶瓷熱交換器1的軸向流入、流出。具體地說，陶瓷熱交換器1的高溫介質的上遊側與入口的孔徑收縮的接合器9連接，在下遊側的蓋部3和接合器9的凸緣部91之間安裝有筒部5，在筒部5的兩端部配置有引導高溫介質的引導流路6。接合器9是例如呈圓錐面的環狀結構體。另外，接合器9例如由與陶瓷熱交換器1相同的陶瓷原材料構成，並通過接合工序與主體部2接合。另外，當接合器9由金屬製成時，也可以通過螺栓等連接工具與主體部2連接。與第一使用例相同，筒部5具有入口部51a、入口室51、凸部53、出口部52a、出口室52。另外，在第二使用例中，在入口室51及出口室52的外周形成有低溫介質的導入路徑M。即，筒部5是雙層壁結構，將外周側的空間作為低溫介質的導入路徑M使用，並將內周側的空間作為陶瓷熱交換器1的設置空間及低溫介質的導出路徑(出口室52)使用。 另外，在筒部5的高溫介質的上遊側形成有向內側突出的臺階部55，並在該臺階部55沿陶瓷熱交換器1的軸向形成有導入路徑討的導入口 5 及出口室52的出口部52a。另外， 臺階部55經由彈性體7與接合器9的凸緣部91抵接，並且與高溫介質的上遊側的導向流路6形成一體。利用這樣的結構，只需要通過將陶瓷熱交換器1從筒部5的高溫介質的下遊側插入並使其與筒部5內的臺階部55抵接，利用連接工具8連結筒部5和引導流路6，就能夠將陶瓷熱交換器1安裝在高溫介質的導向流路6。在如上所述的第二使用例中，高溫介質沿陶瓷熱交換器1的軸向流動，並經由接合器9進入第一流路21，從形成有入口流路23的端部加側向外部流動。另外，低溫介質從筒部5的導入路徑M的導入口 5 經由入口部51a向入口室51內流動，並從形成於陶瓷熱交換器1的側面部的入口流路23進入第二流路22，在主體部2內與高溫介質進行熱交換並經由出口流路對、出口室52、出口部52a向外部流動。在所述第一使用例及第二使用例中，雖然對低溫介質從筒部5的側面部或高溫介質的上遊側的軸向流入、流出的情況進行了說明，但是本發明不限定於此，例如，可以使低溫介質從高溫介質的下遊側的軸向流入、流出，也可以使低溫介質從側面部方向流入並從軸向流出，或從軸向流入並從側面部方向流出，也可以使低溫介質從高溫介質的下遊側的軸向流入並從上遊側的軸向流出。接著，對本發明的陶瓷熱交換器1的變形例進行說明。在此，圖5是表示本發明的陶瓷熱交換器的變形例的圖，圖5(A)是表示第一變形例的側視圖，圖5(B)是表示第二變形例的剖視圖。另外，圖6是表示本發明的陶瓷熱交換器的第三變形例的圖，圖6(A)表示主體部的端面，圖6(B)表示主體部的端面，圖6 (C)表示蓋部的端面。另外，在各圖中，與圖1 及圖2所示的構成部件相同的部件用相同的附圖標記表示，因此省略重複的說明。如圖5(A)所示的第一變形例使入口流路23的溝槽部23a的寬度Da分別相同並使出口流路M的溝槽部Ma的寬度Db分別相同。另外，也可以根據設計條件和使用條件變形為各種形狀，例如使入口流路23及出口流路M的溝槽部23a、Ma的寬度Da、Db形成為中央部窄、兩端部附近寬等。圖5(B)所示的第二變形例的剖視圖與圖2(B)所示的SB-SB的剖視圖相當。在該第二變形例中，使入口流路23及出口流路M的溝槽部23a、Ma的各寬度Da、Db以使溝槽形成方向的中心部的寬度最大的方式彎曲。如上所述的彎曲程度構成為，例如能夠根據第二流路22和各溝槽部23a、Ma的流路截面積使低溫介質大致均勻地向各第二流路22流動。另外，入口流路23及出口流路M的溝槽部23a、Ma的各寬度Da、Db能夠根據設計條件和使用條件變形為各種形狀，例如可以以使溝槽形成方向的中心部的寬度最小的方式彎曲，也可以以朝溝槽形成方向的一方向傾斜地變窄或變寬的方式形成等。如圖6所示的第三變形例使主體部2的通孔形成蜂窩狀。如圖6(A)所示，第三變形例的各通孔具有六邊形截面，並配置成蜂窩狀，每隔一行交替地設定第一流路21及第二流路22。另外，在構成低溫介質的流路的第二流路22的行，從一側面部到另一側面部以與第二流路22連通的方式形成有構成入口流路23的溝槽部23a。溝槽部23a以不與第一流路21連通的方式形成於第二流路22的六邊形截面的一邊。另外，雖然沒有圖示，出口流路 M側也構成相同的形狀。另外，如圖6 (B)所示，蓋部3形成有與構成高溫介質的流路的第一流路21連通的開口部31。開口部31形成為將形成有第一流路21的行的第一流路21的外框形狀連接的形狀。如果將這樣的蓋部3與如圖6(A)所示的主體部2接合，則如圖6 (C)所示，構成如下的第一流路21和第二流路22，該第一流路21使高溫介質貫通主體部2及蓋部3而流動，該第二流路22使低溫介質從主體部2的側面部流入並向與高溫介質相對的方向流動。另外， 因為所述第三變形例的其他部分的形狀、製造方法及使用例與圖1 圖4所示的實施方式相同，所以在此省略詳細的說明。進而，對本發明的陶瓷熱交換器1的其他變形例進行說明。在此，圖7是表示本發明的陶瓷熱交換器的其他變形例的圖，圖7(A)是第四變形例，圖7(B)是第五變形例。另外， 圖7 (A)及圖7(B)表示陶瓷熱交換器1的主體部2的端面(卸下蓋部3後的狀態)。另外， 與所述實施方式相同的構成部件用相同的附圖標記表示，因此省略重複的說明。如圖7(A)所示的第四變形例使第一流路21及第二流路22的流路截面構成為長方形。即，第一流路21的流路截面由一對長邊21a及一對短邊21b構成，第二流路22的流路截面由一對長邊2 及一對短邊22b構成。利用這樣的結構，能夠減少隔壁數，能夠使加工容易並能夠謀求減輕熱交換器的重量。另外，利用這樣的結構，能夠增加第一流路21及第二流路22的導熱面積，並能夠減小液壓直徑(用於計算傳導熱的流路截面的代表性尺寸)，能夠提高熱傳導率。另外，如圖所示，第一流路21及第二流路22的流路截面由具有長邊寬度X和短邊寬度Y的長方形構成。這樣的流路截面設定為例如長邊寬度X與短邊寬度Y的比例(長邊寬度X/短邊寬度Y)為1. 2 3. 0。在長邊寬度X/短邊寬度Y的比例小於1. 2的情況下， 加工阻力增大，很難形成特定的流路截面。另外，在長邊寬度X/短邊寬度Y的比例大於3.0 的情況下，長邊寬度X比短邊寬度Y更容易收縮，相應地導致流路截面容易變形。另外，雖然對第一流路21及第二流路22的流路截面的形狀相同的情況進行了說明，但是可以使第一流路21及第二流路22中的一方為正方形，另一方為長方形，也可以使其長邊寬度X和短邊寬度Y的比例不同。如圖7(B)所示的第五變形例使第一流路21及第二流路22的流路截面由具有長邊寬度X和短邊寬度Y的六邊形構成。即，第一流路21的流路截面由一對長邊21a及兩對短邊21b構成，第二流路22的流路截面由一對長邊2 及兩對短邊22b構成。利用這樣的結構，能夠減少隔壁的數量，能夠使加工容易，並且能夠謀求減輕熱交換器的重量。另外，利用這樣的結構，能夠增加第一流路21及第二流路22的導熱面積，並且能夠減小液壓直徑 (用於計算傳導熱的流路截面的代表性尺寸)，能夠提高熱傳導率。另外，因為長邊寬度X 與短邊寬度Y的比例與圖7㈧所示的第四變形例的比率相同，所以在此省略重複的說明。本發明不限定於上述實施方式，在第三變形例可以適用第一變形例或第二變形例等，不言而喻可以在不超過本發明的主旨的範圍內進行各種變更。
權利要求
1.一種陶瓷熱交換器，其由陶瓷構成，通過使具有溫差的第一介質和第二介質相對流動，在所述第一介質和所述第二介質之間進行熱交換，該陶瓷熱交換器的特徵在於，包括主體部，其形成有所述第一介質流動的第一流路及所述第二介質流動的第二流路；蓋部，其與該主體部的兩端部連接並形成有與所述第一流路連通的開口部，所述主體部具有 入口流路，其在相當於所述第一流路的出口側的端部將所述第二介質從側面部導入所述第二流路；出口流路，其在相當於所述第一流路的入口側的端部將所述第二介質從所述第二流路向側面部排出。
2.如權利要求1所述的陶瓷熱交換器，其特徵在於，所述第一流路及所述第二流路每隔一行交替地形成。
3.如權利要求1所述的陶瓷熱交換器，其特徵在於，所述第一流路及所述第二流路形成為格子狀或蜂窩狀。
4.如權利要求3所述的陶瓷熱交換器，其特徵在於，所述第一流路及所述第二流路的流路截面由長邊及短邊構成。
5.如權利要求4所述的陶瓷熱交換器，其特徵在於，所述流路截面的長邊寬度與短邊寬度的比例是1.2 3.0。
6.如權利要求1所述的陶瓷熱交換器，其特徵在於，所述入口流路及所述出口流路由所述蓋部的背面和從所述主體部的側面部與所述第二流路連通地形成的溝槽部構成。
7.如權利要求1所述的陶瓷熱交換器，其特徵在於，所述出口流路形成為，其容積大於所述入口流路的容積。
8.如權利要求1所述的陶瓷熱交換器，其特徵在於，具有能夠插入所述主體部的筒部， 該筒部具備入口室，其與所述入口流路連通並具有所述第二介質的入口部；出口室，其與所述出口流路連通並具有所述第二介質的出口部。
9.一種陶瓷熱交換器的製造方法，該陶瓷熱交換器由陶瓷構成，通過使具有溫差的第一介質和第二介質相對流動，在所述第一介質和所述第二介質之間進行熱交換，該陶瓷熱交換器的製造方法的特徵在於，包括成型工序，其形成主體部的成型體和蓋部的成型體，該主體部具有所述第一介質流動的第一流路及所述第二介質流動的第二流路，該蓋部具有與所述第一流路連通的開口部；燒成工序，其通過燒成所述主體部的成型體及所述蓋部的成型體而形成所述主體部的燒結體及所述蓋部的燒結體；加工工序，其在所述主體部的燒結體的兩端部形成從側面部與所述第二流路連通的溝槽部；塗敷工序，其在所述主體部的燒結體及所述蓋部的燒結體中的至少一方的接合面塗敷結合劑；熱處理工序，其在所述主體部的燒結體的兩端面以使所述第一流路和所述開口部相吻合的方式配置所述蓋部的燒結體並進行熱處理，利用所述結合劑使所述主體部的燒結體及所述蓋部的燒結體形成一體。
全文摘要
本發明提供一種陶瓷熱交換器及其製造方法，其通過減少接合部，能夠容易地製造熱交換器，並能夠減少洩漏。本發明的陶瓷熱交換器(1)具有主體部(2)，其形成有高溫介質流動的第一流路(21)及低溫介質流動的第二流路(22)；蓋部(3)，其與主體部(2)的兩端部(2a、2b)連接並形成有與第一流路(21)連通的開口部(31)，主體部(2)具有入口流路(23)，其在相當於第一流路(21)的出口側的端部(2a)使低溫介質從側面部導入第二流路(22)；出口流路(24)，其在相當於第一流路(21)的入口側的端部(2b)使低溫介質從第二流路(22)向側面部排出。
文檔編號F28F21/04GK102439389SQ20108002247
公開日2012年5月2日 申請日期2010年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者村山元英, 磯村浩介, 鶴薗佐蔵 申請人:京瓷株式會社, 株式會社Ihi