熱交換器的制造方法
【專利摘要】提供一種熱交換器，其對蜂窩結構體賦予了新的功能，由能夠處理新的流體的流動的蜂窩結構體構成。熱交換器由具有第1端面(11)、第2端面(12)、第1側壁(21)、第2側壁(22)的陶瓷制的蜂窩結構體(1000)構成。蜂窩結構體(1000)具有被內壁(50)隔開且從第1端面(11)延伸至第2端面(12)的第1流道(61)和第2流道(62)，第1流道(61)的兩端被密封部(70)密封，第2流道(62)的兩端敞開。第1流道(61)和形成于第1側壁(21)或第2側壁(22)的連接孔(30)形成第1空間(41)，第2流道(62)形成第2空間(42)。因此，能夠在橫穿蜂窩結構體(1000)的方向上形成流體的流動，能夠賦予新的功能。此外，由于第1流道(61)的流道截面積與第2流道(62)的流道截面積不同，因此即使在第1空間(41)中流過的流體、與在第2空間(42)中流過的流體在每單位時間通過的熱容不同，也能夠容易地使其一致，所以能夠通過內壁(50)高效地進行熱交換。
【專利說明】
熱交換器
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及使用了陶瓷制的蜂窩結構體的熱交換器。
【背景技術】
[0002]蜂窩結構體由內部被內壁隔開的多個流道構成。當流體通過蜂窩結構體的流道時，能夠使熱量、物質等借助內壁移動，因此被廣泛用作熱交換器。
[0003]其中，陶瓷制的蜂窩結構體由于耐熱性、化學穩(wěn)定性優(yōu)異，因此被用于在高溫、腐蝕性環(huán)境下使用的熱交換器。
[0004]在專利文獻I中記載了一種高溫用熱交換器，其具有在貫通地流過內側的流體與存在于外側的流體之間進行熱量交換的多孔質碳化硅燒結體制的要素(element)，所述高溫用熱交換器的特征在于，所述要素是具有在長度方向上延伸的多個蜂窩的蜂窩結構體。其中記載了如下內容:根據使用了這樣的蜂窩結構體的熱交換器，強度優(yōu)異，并且能夠高效地進行溫度不同的流體間的熱量交換。
[0005]現(xiàn)有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻I:日本特開平6-345555號公報

【發(fā)明內容】

[0008]發(fā)明所要解決的課題
[0009]將陶瓷用于蜂窩結構體是因為，構成材料的原子利用共價鍵緊密結合，從而具有高強度、耐熱性、耐腐蝕性。另一方面，由于這樣的共價鍵的特長，陶瓷材料成為硬且脆的材料。
[0010]因此，陶瓷制的蜂窩結構體是通過擠壓成型等單純的成型方法制造、且在一個方向上排列有流道的單純的形狀。由于是這樣的形狀，因此應用蜂窩結構體的部件是以沿著一個方向排列的流道為前提而進行設計的，使用了蜂窩結構體的熱交換器的設計的自由度較小。
[0011]在本發(fā)明中，目的在于提供一種熱交換器，其超過了使用以往這樣的陶瓷制的蜂窩結構體的熱交換器的應用范圍，對蜂窩結構體賦予了新的功能，使用了能夠處理新的流體的流動的蜂窩結構體。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]用于解決所述課題的本發(fā)明的熱交換器是由至少具有第I端面、第2端面、第I側壁和第2側壁的陶瓷制的蜂窩結構體構成的，所述蜂窩結構體具有被內壁隔開且從所述第I端面延伸至所述第2端面的第I流道和第2流道，所述第I流道的兩端被密封部密封，所述第2流道的兩端敞開，所述第I流道和所述第2流道分別是從所述第I側壁朝向所述第2側壁排列的列，并且構成為交替配置的列，其中，所述蜂窩結構體具有:第I空間，其由所述第I流道和一對連接孔構成，所述一對連接孔從形成于所述第I側壁或所述第2側壁的第I開口延伸至形成于所述內壁的第2開口，并且配置于所述第I流道的兩端；以及第2空間，其由利用所述內壁而與所述第I流道隔離開的所述第2流道構成，所述第I流道的流道截面積與所述第2流道的流道截面積不同。
[0014]根據本發(fā)明的由蜂窩結構體構成的熱交換器，與以往的流道沿著一個方向延伸的蜂窩結構體不同，能夠在橫穿蜂窩結構體的方向上形成流體的流動。此外，這樣的蜂窩結構體形成了第I開口，并在第I開口的內側形成了第2開口，因此，不僅僅是位于最外周的第I流道，在內側的第I流道處也能夠形成流體的流動。此外，第2開口形成于與第I開口相對的位置處，因此能夠以最短距離進行第2開口內側的第I流道的流體的移動，能夠提供流體可高效地流動的熱交換器。
[0015]此外，本發(fā)明的熱交換器由陶瓷構成，因此具有耐熱性、耐蝕性，且強度高，所以即使在高溫環(huán)境下或腐蝕性環(huán)境下等惡劣環(huán)境下，也能夠處理流體。
[0016]并且，在本發(fā)明的熱交換器中，第I空間在第I端面和第2端面分別具有密封部，由此能夠防止流體從第I端面和第2端面?zhèn)惹秩氲降贗空間。并且，第I空間與第2空間被內壁隔開，因此在第I空間中流過的流體(第I流體)與在第2空間中流過的流體(第2流體)不會直接接觸。因此，能夠使內壁具有傳熱、過濾等功能。
[0017]本發(fā)明的熱交換器在第I空間的流道的兩端具有一對連接孔，由此，一對連接孔能夠成為在第I空間中流過的流體的入口和出口。通過利用一對連接孔在第I空間中設置入口和出口，能夠連續(xù)地使用在第I空間中流過的流體(第I流體)。
[0018]此外，第I空間具有一對連接孔，由此還具備增大了通過內壁的熱量的效果。在隔開第I空間和第2空間的內壁中通過的熱量與第I空間和第2空間的溫度差成比例。在第I空間中流動的流體形成了從入口進入并流向出口的流動，由此能夠始終提供新的第I流體，使內壁產生溫度差而增大移動的熱量。
[0019]在本發(fā)明的熱交換器中，第I空間和第2空間交替面向所述第I側壁或所述第2側壁，由此能夠將橫穿蜂窩結構體的流道的方向上的流動配置于交替的流道。因此，能夠增大將沿著第2流道流動的流體(第2流體)、與在橫穿流道的方向上流動的第I流體(第I流體)隔開的內壁的面積。
[0020]此外，由于第I流道的流道截面積與第2流道的流道截面積不同，因此即使在第I空間中流過的流體、與在第2空間中流過的流體每單位時間通過的熱容不同，也能夠容易地進行調整以避免產生熱量的過與不足，能夠在各個流道間通過內壁高效地進行熱交換。
[0021]此外，本發(fā)明的蜂窩結構體優(yōu)選為以下的方式。
[0022](I)所述第I流道的流道截面積的總和即第I總截面積與所述第2流道的流道截面積的總和即第2總截面積不同。
[0023]由于第I流道的流道截面積的總和即第I總截面積與第2流道的流道截面積的總和即第2總截面積不同，因此即使在第I空間中流過的流體、與流過的第2流體在每單位時間通過的熱容不同，也能夠容易地使其一致，所以能夠高效地進行熱交換。
[0024](2)所述第I流道的流道截面積比所述第2流道的流道截面積小。
[0025]第I流道通過連接孔被引出至側壁側，與此相對，第2流道是從第I端面朝向第2端面的筆直的流道，因此第2流道適于應用為:在沒有流道的彎曲引起的壓力損失的情況下，較多地流過熱容小的流體。因此，通過配置成第I流道的流道截面積比第2流道的流道截面積小，能夠容易地使每單位時間通過的熱容一致，所以能夠高效地進行熱交換。
[0026](3)所述第I流道的流道截面積的總和即第I總截面積比所述第2流道的流道截面積的總和即第2總截面積小。
[0027]第I空間通過連接孔被引出至側壁側，與此相對，第2空間是從第I端面朝向第2端面的筆直的流道，因此第2空間適于應用為:在沒有流道的彎曲引起的壓力損失的情況下，流過熱容(流過較多的流體所需的熱容)小的流體。因此，通過將第I總截面積配置成比第2總截面積小，能夠容易地使每單位時間通過的熱容一致，所以能夠高效地進行熱交換。
[0028](4)所述連接孔層疊了5層以上的第2開口。
[0029]本發(fā)明的熱交換器通過層疊5層以上的第2開口，能夠向從第I側壁側起算第6個流道供給第I流體。通過設為這樣的結構，能夠增大隔開第I空間和第2空間的內壁的面積。
[0030](5)所述連接孔層疊了 10層以上的第2開口。
[0031]本發(fā)明的熱交換器通過層疊10層以上的第2開口，能夠向從第I側壁側起算第11個流道供給第I流體。通過設為這樣的結構，能夠進一步增大隔開第I空間和第2空間的內壁的面積。
[0032](6)所述陶瓷由碳化硅、含浸有硅的碳化硅、氧化鋁、堇青石、氮化硅、氮化鋁或氧化鋯中的任意一者構成。
[0033 ]本發(fā)明的熱交換器是由碳化硅、含浸有硅的碳化硅、氧化鋁、堇青石、氮化硅、氮化鋁或氧化鋯中的任意一者構成的，因此具有耐熱性、耐蝕性，能夠提供高強度的熱交換器。
[0034]發(fā)明的效果
[0035]根據本發(fā)明，不僅僅是由構成熱交換器的蜂窩結構體的內壁形成的流道，而且在橫穿流道的方向上也能夠引出流體的流動，因此能夠賦予以往的使用了陶瓷制的蜂窩結構體的熱交換器所不具備的新功能。此外，由于第I流道的流道截面積與第2流道的流道截面積不同，因此即使在第I空間中流過的流體、與在第2空間中流過的流體在每單位時間通過的熱容不同，也能夠容易地進行調整以避免產生熱量的過與不足，能夠在各個流道間通過內壁高效地進行熱交換。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明的第I實施方式的熱交換器的立體圖，(a)是從上方觀察到的立體圖，(b)是從下方觀察到的立體圖。
[0037]圖2是本發(fā)明的第I實施方式的熱交換器的截面圖，(a)是圖1的(a)和(b)中的A-A截面圖，(b)是B-B截面圖。
[0038]圖3是本發(fā)明的第I實施方式的熱交換器的圖1的(a)中的C-C截面圖。
[0039]圖4是詳細示出圖2和圖3的截面圖的剖切位置和剖切方向的說明圖，(a)是第I端面，(b)是俯視圖，(c)是側視圖。
[0040]圖5的(a)和(b)是示出本發(fā)明的熱交換器的連接孔的制造方法的一例的說明圖。
[0041]圖6是示出本發(fā)明的熱交換器的連接孔的制造方法的另一例的說明圖。
[0042]圖7是示出利用激光來制造本發(fā)明的熱交換器的連接孔的方法的一例的說明圖，
(a)是在流道內插入了具有曲面的存在透光性的棒的情況，(b)是在流道內插入了失透玻璃的情況，(c)是將水放入到流道內的情況。
[0043]圖8是示出利用由水流(水射流)引導來的激光來制造本發(fā)明的由蜂窩結構體構成的熱交換器的連接孔的方法的一例的說明圖，(a)是在流道內插入了具有曲面的存在透光性的棒的情況，(b)是在流道內插入了失透玻璃的情況，(C)是將水放入到流道內的情況。
[0044]圖9的(a)是本發(fā)明的實施例的由蜂窩結構體構成的熱交換器的外觀相片，(b)是其說明圖。
[0045]圖10是本發(fā)明的第2實施方式的熱交換器的立體圖。
[0046]圖11是本發(fā)明的第2實施方式的熱交換器的截面圖，(a)是圖10中的D-D截面圖，(b)是E-E截面圖。
【具體實施方式】
[0047]在本說明書中，蜂窩結構體的截面表示沿著流道在連接孔的深度方向上進行剖切后的截面。例如，圖3中詳細記載了作為圖1的截面圖的圖2的剖切位置。
[0048]在本說明書中，流道截面積表示在與流道垂直的截面中、內壁或側壁與空間的邊界線的內部面積。
[0049]本發(fā)明的熱交換器是由至少具有第I端面、第2端面、第I側壁和第2側壁的陶瓷制的蜂窩結構體構成的，所述蜂窩結構體具有被內壁隔開且從所述第I端面延伸至所述第2端面的第I流道和第2流道，所述第I流道的兩端被密封部密封，所述第2流道的兩端敞開，所述第I流道和所述第2流道分別是從所述第I側壁朝向所述第2側壁排列的列，并且構成為交替配置的列，其中，所述蜂窩結構體具有:第I空間，其由所述第I流道和一對連接孔構成，所述一對連接孔從形成于所述第I側壁或所述第2側壁的第I開口延伸至形成于所述內壁的第2開口，并且配置于所述第I流道的兩端；以及第2空間，其由利用所述內壁而與所述第I流道隔離開的所述第2流道構成，所述第I流道的流道截面積與所述第2流道的流道截面積不同。
[0050 ]根據本發(fā)明的由蜂窩結構體構成的熱交換器，與以往的流道在一個方向上延伸的蜂窩結構體不同，能夠在橫穿蜂窩結構體的方向上形成流體的流動。此外，這樣的蜂窩結構體形成了第I開口，并在第I開口的內側形成了第2開口，因此，不僅僅是位于最外周的第I流道，在內側的第I流道處也能夠形成流體的流動。此外，第2開口形成于與第I開口相對的位置處，因此能夠以最短距離進行第2開口內側的第I流道的流體的移動，能夠提供流體可高效地流動的熱交換器。
[0051]此外，本發(fā)明的熱交換器由陶瓷構成，因此具有耐熱性、耐蝕性，且強度高，所以即使在高溫環(huán)境下或腐蝕性環(huán)境下等惡劣環(huán)境下，也能夠處理流體。
[0052]并且，在本發(fā)明的熱交換器中，第I空間在第I端面和第2端面分別具有密封部，由此能夠防止流體從第I端面和第2端面?zhèn)惹秩氲降贗空間。并且，第I空間與第2空間被內壁隔開，因此在第I空間中流過的流體(第I流體)與在第2空間中流過的流體(第2流體)不會直接接觸。因此，能夠使內壁具有傳熱、過濾等功能。
[0053]本發(fā)明的熱交換器在第I空間的流道的兩端具有一對連接孔，由此一對連接孔能夠成為在第I空間中流過的流體的入口和出口。通過利用一對連接孔在第I空間中設置入口和出口，由此能夠連續(xù)地使用在第I空間中流過的流體(第I流體)。
[0054]此外，第I空間具有一對連接孔，由此還具備增大了通過內壁的熱量的效果。在隔開第I空間和第2空間的內壁中通過的熱量與第I空間和第2空間的溫度差成比例。在第I空間中流動的流體形成了從入口進入并流向出口的流動，由此能夠始終提供新的第I流體，使內壁產生溫度差而增大移動的熱量，因此能夠提供可高效地形成熱移動或物質移動的熱交換器。
[0055]在本發(fā)明的熱交換器中，第I空間和第2空間交替面向所述第I側壁或所述第2側壁，由此能夠將橫穿蜂窩結構體的流道的方向上的流動配置于交替的流道。因此，能夠增大將沿著第2流道流動的流體(第2流體)、與在橫穿流道的方向上流動的第I流體(第I流體)隔開的內壁的面積。
[0056]此外，由于第I流道的流道截面積與第2流道的流道截面積不同，因此即使在第I空間中流過的流體、與在第2空間中流過的流體在每單位時間通過的熱容不同，也能夠容易地使其一致，因此能夠容易地進行調整以不會產生熱量的過與不足，能夠在各個流道間通過內壁高效地進行熱交換。
[0057]本發(fā)明的熱交換器優(yōu)選的是，第I側壁和第2側壁分別具有連接孔。由于第I側壁和第2側壁分別具有連接孔，所以不論通過哪個第I流道，都能夠使得連接入口和出口的第I流體的流動距離相同。因此，能夠使第I流體遍及到整個內壁。
[0058]本發(fā)明的熱交換器優(yōu)選的是，所述第I流道的流道截面積的總和即第I總截面積與所述第2流道的流道截面積的總和即第2總截面積不同。
[0059]由于第I流道的流道截面積的總和即第I總截面積與第2流道的流道截面積的總和即第2總截面積不同，因此即使在第I空間中流過的流體、與流過的第2流體在每單位時間通過的熱容不同，也能夠容易地使其一致，所以能夠高效地進行熱交換。
[0060]本發(fā)明的熱交換器優(yōu)選的是，所述第I流道的流道截面積比所述第2流道的流道截面積小。
[0061]第I流道通過連接孔被引出至側壁側，與此相對，第2流道是從第I端面朝向第2端面的筆直的流道，因此第2流道適于應用為:在沒有流道的彎曲引起的壓力損失的情況下，較多地流過熱容小的流體。因此，通過配置成第I流道的流道截面積比第2流道的流道截面積小，能夠容易地使每單位時間通過的熱容一致，所以能夠高效地進行熱交換。
[0062]本發(fā)明的熱交換器優(yōu)選的是，所述第I流道的流道截面積的總和即第I總截面積比所述第2流道的流道截面積的總和即第2總截面積小。
[0063]第I空間通過連接孔被引出至側壁側，與此相對，第2空間是從第I端面朝向第2端面的筆直的流道，因此第2流道適于應用為:在沒有流道的彎曲引起的壓力損失的情況下，流過熱容(流過較多的流體所需的熱容)小的流體。因此，通過將第I總截面積配置成比第2總截面積小，能夠容易地使每單位時間通過的熱容一致，所以能夠高效地進行熱交換。
[0064]本發(fā)明的熱交換器優(yōu)選的是，所述連接孔層疊了5層以上的第2開口。
[0065]本發(fā)明的熱交換器通過層疊5層以上的第2開口，能夠向從第I側壁側起算第6個流道供給第I流體。通過設為這樣的結構，能夠增大隔開第I空間和第2空間的內壁的面積。
[0066]本發(fā)明的所述連接孔優(yōu)選的是，層疊了10層以上的第2開口。
[0067]本發(fā)明的熱交換器通過層疊10層以上的第2開口，能夠向從第I側壁側起算第11個流道供給第I流體。通過設為這樣的結構，能夠進一步增大隔開第I空間和第2空間的內壁的面積。
[0068]本發(fā)明的熱交換器優(yōu)選的是，所述陶瓷由碳化硅、含浸有硅的碳化硅、氧化鋁、堇青石、氮化硅、氮化鋁或氧化鋯中的任意一者構成。
[0069]由于本發(fā)明的熱交換器由碳化硅、含浸有硅的碳化硅、氧化鋁、堇青石、氮化硅、氮化鋁或氧化鋯中的任意一者構成，因此能夠提供具有耐熱性、耐蝕性且高強度的熱交換器。
[0070]本發(fā)明的熱交換器能夠通過在蜂窩狀的陶瓷的第I側壁或第2側壁形成連接孔而得到。能夠通過形成第I和第2開口而得到。能夠通過激光加工，在蜂窩狀的陶瓷的第I側壁或第2側壁形成連接孔。激光加工中使用的激光加工器沒有特別限定。通過使用被廣泛使用的高輸出的激光，能夠加工蜂窩狀的陶瓷。激光加工器的激光的波長、輸出可以根據蜂窩狀的陶瓷適當選擇。
[0071]此外，通過利用近年來所采用的一并使用了水射流的水流的激光加工器，能夠更高效地進行加工。一并使用了水射流的水流的激光加工法能夠將激光引導至水射流的水流中，在進行全反射的同時引導至加工點，激光不擴散地在細水流中通過，因此具有焦深較深、比僅利用激光的加工器更高的加工性能。
[0072]本發(fā)明的熱交換器可以通過使用加工性能高的一并使用了水射流的水流的激光加工器，不貫通連接孔的底部而進行加工來得到。
[0073]保留連接孔的底部進行加工可以通過使激光在規(guī)定的部位發(fā)生散射、使光能分散來實現(xiàn)。通過在規(guī)定的部位插入光擴散介質，在其下側，激光被減弱而無法加工。光擴散介質只要能夠使光分散即可，沒有特別限定。例如，可以使用玻璃棒等具有曲面的存在透光性的棒、失透玻璃、在內部具有氣泡的玻璃、水等。存在透光性的物質除了不被激光加熱以外，還能夠利用曲面來使光散射，因此能夠使激光的加工能力下降，不會貫通而保留連接孔的底部來進行加工。
[0074]此外，失透玻璃即使表面不是曲面，內部也發(fā)生相分離，因此光容易散射，能夠使激光的加工能力下降，不會貫通而形成底部。此外，通過將水填充到規(guī)定的部位，能夠保留連接孔的底部而進行加工。當填充水后，由于與水射流的水流的混合以及通過加工而被加熱的水的沸騰，產生大量的氣泡。因此，激光在所填充的水中急速衰減，能夠保留連接孔的底部而進行加工。另外，在不填充水的情況下，也可以與激光一起通過水流來提供水，但水流所使用的水量少且在激光對陶瓷進行加工的部位(加工點)附近迅速飛散，因此越是要減弱激光，越是無法在區(qū)間內形成氣泡。
[0075]本發(fā)明的熱交換器具有各種連接孔的變形例，可以根據形狀，使激光傾斜或通過激光的掃描來進行加工。
[0076]此外，在一邊進行激光掃描一邊進行加工時，還能夠通過適當變更插入到各個流道的光擴散介質的長度，來形成目標形狀的連接孔。
[0077]本發(fā)明的熱交換器的密封部可以任意形成，沒有特別限定。例如，可以插入由與構成內壁的材料相同的陶瓷材料構成的塞。例如，在蜂窩結構體由碳化娃、氮化娃、含浸有娃的碳化硅構成的情況下，可以將硅的粉末作為粘接材料涂覆到塞后進行燒制。硅熔融而作為粘接材料發(fā)揮功能。
[0078]并且例如，還可以注入混合有無機粘結劑、有機粘結劑和無機粒子的糊料并進行燒制而得到。無機粘結劑可以使用氧化鋁溶膠、二氧化硅溶膠等，有機粘結劑可以使用聚乙烯醇、酚醛樹脂等，無機粒子可以使用碳化硅、氧化鋁、堇青石、氮化硅、氮化鋁、氧化鋯等。
[0079]接著，說明本發(fā)明的第I實施方式。第I實施方式是以下結構的熱交換器。
[0080]〈第I實施方式〉
[0081]在第I側壁上的第I端面?zhèn)群偷?端面?zhèn)戎械囊粋€端面?zhèn)?、以及?側壁上的另一個端面?zhèn)龋謩e設置由第I開口和第2開口構成的連接孔。第I開口是從密封部朝向長度方向內側呈縫隙狀設置的長方形的開口。并且，以第I開口比第2開口長、且多個第2開口朝向第I開口依次增長的方式，設置連接孔。此時，連接孔的底部到達第I側壁或第2側壁。
[0082]使用附圖來說明第I實施方式的熱交換器。
[0083]圖1的(a)是從上方(第I側壁側)觀察本發(fā)明的第I實施方式的熱交換器的立體圖，
(b)是從下方(第2側壁側)觀察到的立體圖。圖2的(a)是圖1的(a)和(b)中的A-A位置的截面圖，圖2的(b)是圖1的(a)和(b)中的B-B位置的截面圖。圖3是本發(fā)明的第I實施方式的熱交換器的圖1的(a)中的C-C截面圖。圖4是詳細示出圖2和圖3的截面圖的剖切位置和剖切方向的說明圖，(a)是第I端面，(b)是俯視圖，(C)是側視圖。
[0084]如圖1的(a)和(b)所示，在第I側壁21上的第I端面11側和第2端面12側中的一個端面?zhèn)?、以及?側壁22上的另一個端面?zhèn)确謩e設置有第I開口 31。
[0085]這里，在第I側壁21的靠第I端面11側的端部，設置有連接孔30的第I開口31，并且在第2側壁22的靠第2端面12側的端部也設置有連接孔30的第I開口 31。
[0086]如圖3所示，在熱交換器(1000)中例如設置了8列X8行的64個流道60，在第I端面11中的從圖1中左側起的第I列、第3列、第5列和第7列設置有密封部70(參照圖1的(a))。在第2端面11中也是同樣，在第I列、第3列、第5列和第7列設置有密封部70。
[0087]另外，在設置有密封部70的列中，設置有第I流道61作為流道60(參照圖2的(a))，在未設置密封部70的列中，設置有第2流道62作為流道60。
[0088]如圖2的(a)所示，設置于第I側壁21和第2側壁22的連接孔30位于設置有密封部70的列。
[0089]第I開口31是從密封部70朝向長度方向內側呈縫隙狀設置的長方形的開口。并且，在第I開口 31的內側設置有多個第2開口 32。這里，例示了第I開口 31和第2開口 32是相同長度，但也可以設置成，朝向第I開口 31，依次增長第2開口 32。另外，連接孔30的底部到達至第I側壁21或第2側壁22。
[0090]因此，由第I端面11側的連接孔30、與第I側壁21以及第2側壁22平行的第I流道61、第2端面12側的連接孔30，形成曲拐形狀的第I空間41。
[0091]由此，流體通過第I空間41，在與第I側壁21和第2側壁22垂直的方向上呈曲拐狀流動。
[0092]另外，如圖2的(b)所示，在未設置連接孔30的截面中，設置有多個第2流道62作為流道60，由第2流道62形成了第2空間42。
[0093]在第2空間42中，第2流道62在第I端面11和第2端面12處開口，在第2空間42中流動的流體通過第2流道62而與第I側壁21以及第2側壁22平行地呈直線狀流動。
[0094]此外，如圖3所示，第I流道61的寬度Wl比第2流道62的寬度W2小。第I流道61與第2流道6 2的高度相同。通過這樣構成，第I流道61的流道截面積比第2流道6 2的流道截面積小。此外，第I流道61的數量是4 X 8個，第2流道62的數量是相同的4 X 8個。
[0095]因此，第I流道61的流道截面積的總和即第I總截面積比第2流道62的流道截面積的總和即第2總截面積小。
[0096]接著，對形成第I空間41的方法進行說明。另外，第I側壁21的連接孔30和第2側壁22的連接孔30能夠同樣地形成，因此在以下的說明中，對設置第I側壁21的連接孔30的情況進行說明。
[0097]連接孔30的形成可以使用圖5或圖6的形成方法。即，如圖5所示，將光擴散介質90插入到第I流道61，使用激光80進行加工。這里，由于第2開口 32—直設置到了第2側壁22，因此將光擴散介質90插入到第2側壁22的內表面?zhèn)鹊牡贗流道61。
[0098]然后，一邊照射激光80—邊使激光源85平行移動，由此形成連接孔30。
[0099]另外，在例如形成三角形狀的連接孔30時，如圖6所示，能夠如下形成:隨著接近第I側壁21，縮短光擴散介質90的插入長度來照射激光80。
[0100]或者，雖然未圖示，但可以使激光80適當地傾斜而進行掃描，由此得到三棱柱形狀的連接孔30。
[0101]作為使用光擴散介質90阻斷激光80來形成連接孔30的方法，可以應用以下的方法。
[0102]圖7的(a)和圖8的(a)是使用玻璃棒91作為光擴散介質90的情況，其中，利用由玻璃的凸面實現(xiàn)的激光80的擴散來阻斷激光80。
[0103]此外，圖7的(b)和圖8的(b)是使用失透玻璃92作為光擴散介質90的說明圖，其中利用玻璃內部的漫反射，使激光80擴散來阻斷激光80。
[0104]此外，圖7的(C)和圖8的(C)是使用水93作為光擴散介質90的說明圖，其中，利用由加工中的熱量和水的紊流產生的氣泡的漫反射，使激光80擴散來阻斷激光80。
[0105]根據以上所說明的本實施方式的蜂窩結構體(熱交換器)1000，通過將第I空間41形成為曲拐狀，能夠在橫穿流道60的方向上引出流體的流動。
[0106]由此，能夠賦予以往的由陶瓷制的蜂窩結構體構成的熱交換器所不具備的新功能。此外，由于連接孔30是不易形成流體停滯的部分的形狀，因此能夠高效地進行熱交換。
[0107]此外，由于第I流道61的流道截面積與第2流道62的流道截面積不同，因此即使在第I空間61中流過的流體、與在第2空間62中流過的流體在每單位時間通過的熱容不同，也能夠在各個流道之間通過內壁50高效地進行熱交換。
[0108]實施例
[0109]在本實施例中，使用圖9來說明在由多孔質的碳化硅構成的蜂窩狀的陶瓷中形成連接孔30而實際制造出本發(fā)明的蜂窩結構體(熱交換器)1000的結果。
[0110]使用具有24X24個、共計576個正方形的流道60，并由34mmX34mmX 130mm的碳化硅構成的蜂窩狀的陶瓷，制作出本發(fā)明的蜂窩結構體1 O O (熱交換器)。
[0111]另外，長度方向的端面具有流道60(第2流道62)的開口，是第I端面11和第2端面
12。第I端面11和第2端面12以外的4個面是側壁，其中形成連接孔30的面是第I側壁21和第2偵_22。內壁50的厚度是0.25mm，第I側壁21和第2側壁22的厚度是0.3mm。第I流道的截面是1.14X1.0Omm的長方形，第I流道的截面是1.14X1.28mm的長方形，第I流道的截面積更小。
[0112]如圖9所示，在該蜂窩狀的陶瓷中形成了連接孔30。在面向第I側壁21的24條流道60中，以交替的方式在12條流道60中形成第I開口31，并且形成第2開口32，由此形成了 12個連接孔30。連接孔30的底部是第2側壁22，在所有內壁50上形成了第2開口 32。第I開口 31以及第2開口 32與第I端面11之間的距離為10mm，第I開口 31延伸至與第I端面11相距40mm的位置處。第2開口 32隨著朝向第I開口 31而依次增長，連接孔30的截面是梯形。此外，第I開口 31的寬度為0.6mm。
[0113]以下說明詳細的加工方法。在形成連接孔30時，在面向第2側壁22的流道60中，插入比流道60長的圓形的玻璃棒91，在其他流道60中，插入圓形的玻璃棒91至梯形的流域以外的部分。
[0114]接著，沿著面向第I側壁21的流道60，使用牧野機床有限公司(牧野7X只社)制的MCS300型激光加工器進行了加工。以532nm的激光波長、80W的輸出、Φ80μπι的水流82的噴嘴直徑、300mm/min的掃描速度進行了加工。
[0115]沿著連接孔30切斷這樣加工得到的蜂窩結構體1000(熱交換器)，對連接孔30進行了確認。連接孔30的截面是梯形，內壁50全部貫通，第I開口 31為長度30mm，最下層的第2開口 32為長度15_。
[0116]這樣就確認到:能夠通過使用了水流82的激光加工器，形成連接孔30。在蜂窩結構體1000(熱交換器)上形成連接孔30的方法不限于使用了水流82的激光，如果是耗費時間、且高輸出的激光加工器，則不必一并使用水流82來進行加工。
[0117]此外，連接孔30的大小、配置、數量可以適當選擇。
[0118]〈第2實施方式〉
[0119]接著，對本發(fā)明的第2實施方式進行說明。另外，對與前述第I實施方式的熱交換器(1000)相同的部位標注相同的標號，并省略重復的說明。
[0120]圖10是本發(fā)明的第2實施方式的熱交換器的立體圖。圖11是本發(fā)明的第2實施方式的熱交換器的截面圖，(a)是圖10中的D-D截面圖，(b)是E-E截面圖。
[0121]如圖10所示，在第2實施方式的熱交換器(1000)中，在第I側壁21中的靠第I端面11側的端部和靠第2端面12側的端部設置了連接孔30。
[0122]如圖11的(a)所示，兩連接孔30的底部為第2側壁22，未貫通第2側壁22。此外，兩連接孔30通過第I流道61連接，形成了第I空間41。
[0123]另一方面，如圖11的(b)所示，在未設置密封部70的列中，與前述第I實施方式同樣，利用將開口的第I端面11和第2端面12連接的第2流道62，形成了第2空間42。第I空間41和第2空間42被隔咼開。
[0124]因此，如圖11的(a)所示，從一個連接孔30流入的流體通過第I流道61流至另一個連接孔30并流出。因此，流體在與第I側壁21以及第2側壁22垂直的方向上呈U字形狀地流動。
[0125]由此，能夠賦予以往的由陶瓷制的蜂窩結構體構成的熱交換器所不具備的新功能。此外，由于連接孔30是不易形成流體停滯的部分的形狀，因此能夠高效地進行熱交換。
[0126]此外，與第I實施方式的情況同樣，第I流道61的流道截面積比第2流道62的流道截面積小(參照圖3)，第I流道61的流道截面積的總和即第I總截面積比第2流道62的流道截面積的總和即第2總截面積小。
[0127]由此，g卩使在第I空間61中流過的流體、與在第2空間62中流過的流體在每單位時間通過的熱容不同，也能夠在各個流道之間通過內壁50高效地進行熱交換。
[0128]產業(yè)上的可利用性
[0129]本發(fā)明的熱交換器能夠用作內燃機、燃燒爐等的熱交換器。
[0130]標號說明
[0131]11:第I端面；12:第2端面;21:第I側壁;22:第2側壁;30:連接孔;31:第I開口； 32:第2開口；61:第I流道;62:第2流道;50:內壁;60:流道;70:密封部;80:激光;82:水流(水射流)；85:激光源;90:光擴散介質;91:玻璃棒;92:失透玻璃;93:水；1000:蜂窩結構體(熱交換器)。
【主權項】
1.一種熱交換器，其是由至少具有第I端面、第2端面、第I側壁和第2側壁的陶瓷制的蜂窩結構體構成的，其中，所述蜂窩結構體具有被內壁隔開且從所述第I端面延伸至所述第2端面的第I流道和第2流道，所述第I流道的兩端被密封部密封，所述第2流道的兩端敞開，所述第I流道和所述第2流道分別是從所述第I側壁朝向所述第2側壁排列的列，并且構成為交替配置的列， 所述熱交換器的特征在于， 所述蜂窩結構體具有: 第I空間，其由所述第I流道和一對連接孔構成，所述一對連接孔從形成于所述第I側壁或所述第2側壁的第I開口延伸至形成于所述內壁的第2開口，并且配置于所述第I流道的兩端；以及 第2空間，其由利用所述內壁而與所述第I流道隔離開的所述第2流道構成， 所述第I流道的流道截面積與所述第2流道的流道截面積不同。2.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于， 所述第I流道的流道截面積的總和即第I總截面積與所述第2流道的流道截面積的總和即第2總截面積不同。3.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于， 所述第I流道的流道截面積比所述第2流道的流道截面積小。4.根據權利要求3所述的熱交換器，其特征在于， 所述第I流道的流道截面積的總和即第I總截面積比所述第2流道的流道截面積的總和即第2總截面積小。5.根據權利要求1?4中的任意一項所述的熱交換器，其特征在于， 所述連接孔層疊了5層以上的所述第2開口。6.根據權利要求5所述的熱交換器，其特征在于， 所述連接孔層疊了 10層以上的所述第2開口。7.根據權利要求1?6中的任意一項所述的熱交換器，其特征在于， 所述陶瓷由碳化硅、含浸有硅的碳化硅、氧化鋁、堇青石、氮化硅、氮化鋁或氧化鋯中的任意一者構成。
【文檔編號】F28F21/04GK105934646SQ201580006008
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年1月21日
【發(fā)明人】大石真, 高木俊, 古賀祥啟, 久保修, 久保修一
【申請人】揖斐電株式會社