专利名称：陶瓷热交换器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种陶瓷热交换器及其制造方法，特别是，涉及适用于微通道式对流型热交换器的陶瓷热交换器及其制造方法。
背景技术：
因为陶瓷比金属轻，而且热传导性好，所以是适用于热交换器的原材料。特别是， 因为陶瓷的耐热性也很好，所以能够用于高温气体的热回收，该高温气体是如气体涡轮等的排出气体那样的超过800°C的气体。另外，对一般使用在高温区域的金属制的板翼式热交换器而言，虽然热交换率高，但是存在散热片的形状复杂且价格高的问题。另一方面，因为陶瓷的硬度高并且脆性也高，所以是一种很难加工成复杂形状的材料。例如，专利文献1 专利文献3所记载的内容已经公开了使用具备这样性质的陶瓷的热交换器。专利文献1所记载的陶瓷热交换器的特征在于，具备外框；为了使高温流体及低温流体相互相对地流到该外框的内部而设置的多条流体通路；分离该流体通路的隔壁，该隔壁和所述外框是烧结为一体而形成的陶瓷，并且高温流体及低温流体的热交换经由所述隔壁进行。专利文献2所记载的陶瓷热交换器的特征在于，对混合碳化硅粉末、碳粉末和粘合剂而形成的原料混合体进行成型，以制造多个带沟槽的板状成型体，用粘结剂临时接合这些板状成型体，从而形成内部具备作为细孔的所述沟槽的层叠体，对得到的层叠体实施脱粘合剂处理而形成脱脂体后，加热该脱脂体，浸入熔融硅并通过反应烧结而生成一体的烧结体。专利文献3所记载的陶瓷热交换器的特征在于，由以下部件构成用于将排出气体导入内部的壳体；多条管道，其从壳体的一端部的外侧向内侧贯通地被导入，并且从壳体的另一端部的内侧向外侧贯通地延伸出，管道的内部充满热介质，并且使热介质从排出气体流路的下游侧向上游侧循环，用陶瓷原料或由陶瓷固体及陶瓷原料构成的陶瓷填充壳体和各管道的接合部的空隙。专利文献1 (日本)特开2002-107072号公报专利文献2 (日本)特开2005-289744号公报专利文献3 (日本)特开平10-29876号公报虽然专利文献1公开了将相互相对的流路配置成格子状的陶瓷热交换器，但是对该陶瓷热交换器而言，没有具体地记载高温流体及低温流路如何流入流路。另外，虽然专利文献2公开了通过层叠并接合带沟槽的板状成型体而形成多条流路的陶瓷热交换器，但是该陶瓷热交换器不仅存在接合部位多、制造时需要花费工时的问题，而且存在容易产生泄漏的问题。另外，虽然专利文献3公开了管道式陶瓷热交换器，但是该陶瓷热交换器中管道与壳体接合复杂，不仅存在制造时需要花费工时的问题，而且存在容易产生泄漏的问题
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的在于提供一种陶瓷热交换器及其制造方法，其能够通过减少接合部使制造容易，并且能够减少泄漏。本发明的陶瓷热交换器由陶瓷构成，通过使具有温差的第一介质和第二介质相对流动，在所述第一介质和所述第二介质之间进行热交换，该陶瓷热交换器的特征在于，包括主体部，其形成有所述第一介质流动的第一流路及所述第二介质流动的第二流路；盖部，其与该主体部的两端部连接并形成有与所述第一流路连通的开口部，所述主体部具有 入口流路，其在相当于所述第一流路的出口侧的端部将所述第二介质从侧面部导入所述第二流路；出口流路，其在相当于所述第一流路的入口侧的端部将所述第二介质从所述第二流路向侧面部排出。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为例如格子状或蜂窝状。另外，所述第一流路及所述第二流路的流路截面可以由长边及短边构成。另外，优选的是，所述流路截面的长边宽度与短边宽度的比例是 1. 2 3. Oo所述入口流路及所述出口流路例如由所述盖部的背面和从所述主体部的侧面部与所述第二流路连通地形成的沟槽部构成。另外，所述出口流路也可以形成为其容积大于所述入口流路的容积。另外，所述陶瓷热交换器具有可以插入所述主体部的筒部，该筒部具备入口室， 其与所述入口流路连通并具有所述第二介质的入口部；出口室，其与所述出口流路连通并具有所述第二介质的出口部。另外，在本发明的陶瓷热交换器的制造方法中，该陶瓷热交换器由陶瓷构成，通过使具有温差的第一介质和第二介质相对流动，在所述第一介质和所述第二介质之间进行热交换，该陶瓷热交换器的制造方法的特征在于，包括成型工序，其形成主体部的成型体和盖部的成型体，该主体部具有所述第一介质流动的第一流路及所述第二介质流动的第二流路，该盖部具有与所述第一流路连通的开口部；烧成工序，其通过烧成所述主体部的成型体及所述盖部的成型体而形成所述主体部的烧结体及所述盖部的烧结体；加工工序，其在所述主体部的烧结体的两端部形成从侧面部与所述第二流路连通的沟槽部；涂敷工序，其在所述主体部的烧结体及所述盖部的烧结体中的至少一方的接合面涂敷结合剂；热处理工序，其在所述主体部的烧结体的两端面以使所述第一流路和所述开口部相吻合的方式配置所述盖部的烧结体并进行热处理，利用所述结合剂使所述主体部的烧结体及所述盖部的烧结体形成一体。根据上述本发明的陶瓷热交换器及其制造方法，陶瓷热交换器由主体部和盖部构成，通过接合该主体部和盖部而构成陶瓷热交换器，由于仅通过接合主体部和盖部就能够制造陶瓷热交换器，因此，能够减少接合部，能够容易地制造热交换器，并能够减少泄漏。
图1是表示本发明的陶瓷热交换器的一个实施方式的图，图I(A)是侧视图，图 I(B)是图I(A)的箭头B的向视图。图2是图I(A)所示的陶瓷热交换器的剖视图，图2(A)是SA-SA剖视图，图2 (B) 是SB-SB剖视图。
图3是表示使用本发明的陶瓷热交换器的制造方法而得到的烧结体的图，图3㈧ 是表示烧成工序后的主体部的烧结体，图3(B)是表示加工工序后的主体部的烧结体，图 3(C)是表示涂敷工序后的主体部的烧结体及与其结合的盖部的烧结体。图4是表示本发明的陶瓷热交换器的使用状态的图，图4(A)表示第一使用例，图 4(B)表示第二使用例。图5是表示本发明的陶瓷热交换器的变形例的图，图5 (A)是表示第一变形例的侧视图，图5(B)是表示第二变形例的剖视图。图6是表示本发明的陶瓷热交换器的第三变形例的图，图6 (A)是表示主体部的端面，图6(B)是表示盖部的端面，图6 (C)是表示陶瓷热交换器的端面。图7是表示本发明的陶瓷热交换器的其他变形例的图，图7(A)是第四变形例，图 7(B)是第五变形例。
具体实施例方式以下，参照图1 图7对本发明的实施方式进行说明。在此，图1是表示本发明的陶瓷热交换器的一个实施方式的图，图I(A)是侧视图，图I(B)是图I(A)的箭头B的向视图。另外，图2是图KA)所示的陶瓷热交换器的剖视图，图2(A)是SA-SA剖视图，图2(B) 是SB-SB剖视图。对图1及图2所示的陶瓷热交换器1而言，该陶瓷热交换器1由陶瓷构成，通过使具有温差的第一介质(以下称为“高温介质”)和第二介质(以下称为“低温介质”)相对流动，在高温介质和低温介质之间进行热交换，该陶瓷热交换器1具有主体部2，其形成有高温介质流动的第一流路21及低温介质流动的第二流路22 ；盖部3，其与主体部2的两端部 2a、2b连接并形成有与第一流路21连通的开口部31，主体部2具有入口流路23，其在相当于第一流路21的出口侧的端部加使低温介质从侧面部导入第二流路22 ；出口流路24， 其在相当于第一流路21的入口侧的端部2b使低温介质从第二流路22向侧面部排出。所述主体部2具有使高温介质和低温介质相对流动的功能。具体地说，如图1及图2所示，主体部2是呈圆柱状的陶瓷烧结体，并在轴向形成多个通孔。例如如图I(B)所示，这样的通孔形成为格子状，并每隔一行交替地设置第一流路21及第二流路22。另外，作为所述主体部2所使用的陶瓷烧结体，可以使用氧化铝、氧化锆等氧化物陶瓷及氮化硅、碳化硅等非氧化物陶瓷。氧化物陶瓷在高温下具有良好的耐氧化性，因为非氧化物陶瓷的热膨胀率低，所以在高温下具有良好的机械特性。特别是，为了提高陶瓷热交换器的性能，优选的是，主体部2使用热传导率高、高温强度好的碳化硅。如图2(A)所示，所述第一流路21是沿主体部2的轴向穿过整个主体部2而形成的通孔，并使高温介质沿主体部2的轴向流动。即，高温介质从主体部2的端部2b侧的端面流入主体部2内，并从端部加侧的端面向主体部2外流出。如图2(B)所示，所述第二流路22是穿过主体部2的除轴向两端部 、2b以外的部分而形成的通孔，并使低温介质沿主体部2的轴向向与高温介质的流动方向相对的方向流动。另外，在第二流路22的上游侧(端部加侧)形成有入口流路23，在下游侧(端部2b 侧)形成有出口流路24。因此，低温介质从主体部2的端部加的侧面部流入主体部2内， 并通过第二流路22从端部2b的侧面部向主体部2外流出。
所述入口流路23及出口流路M由以下部件构成从主体部2的侧面部与第二流路22连通而形成的沟槽部23a、Ma ；盖部3的背面3a。如图1 (A)及图1 (B)所示，沟槽部 23a、2^从主体部2的侧面部穿过第二流路22的整行而形成。另外，如图I(A)所示，沟槽部23a、2 根据其形成位置调整宽度Da、Db。该宽度Da、Db形成为，例如根据第二流路22 的流路截面积，增大中央部的宽度Da、Db，减小两端部的宽度Da、Db，并构成为能够使低温介质大致均勻地向各第二流路22流动。另外，如图2(B)所示，入口流路23及出口流路M也作为配置于第二流路22的上游及下游侧的缓冲空间而起作用。低温介质从入口流路23流入主体部2内，并在通过第二流路22时，经由形成于第二流路22与第一流路21之间的隔壁与高温介质进行热交换，升温的低温介质从出口流路M向主体部2外流出。因此，由于到达出口流路M的低温介质相比于流入主体部2内时的低温介质产生热膨胀，所以出口流路M形成为其容积比入口流路23的容积大。S卩，沟槽部23a、2 形成为出口流路M的宽度Db >入口流路23的宽度 Da0所述盖部3与主体部2的两端面连接，并具有隔开第一流路21和第二流路22的功能。具体地说，如图1及图2所示，盖部3是具有比主体部2更大的直径且呈圆板状的陶瓷烧结体，并沿形成有第一流路21的行的外形形成有开口部31。虽然陶瓷使用例如以氮化硅或碳化硅为主要成分的材料，并且也并不限定于此，但是优选的是，使用与主体部2相同的陶瓷。另外，盖部3的形状不限定于图示的圆板形，可以是四边形、圆角四边形、椭圆形、 多边形等，也可以形成为与安装陶瓷热交换器1的部分相适应的形状。所述开口部31以与第一流路21连通而不与第二流路22、入口流路23、出口流路对连通的方式形成于盖部3。在图I(B)中，虽然开口部31形成为与形成有第一流路21的行的第一流路21的外框形状连接的长方形，但是并不限定于这样的形状，例如也可以形成为使各行的长度大致相同。接着，对本发明的陶瓷热交换器1的制造方法进行说明。在此，图3是表示使用本发明的陶瓷热交换器的制造方法而得到的烧结体的图，图3(A)是表示烧成工序后的主体部的烧结体，图3(B)是表示加工工序后的主体部的烧结体，图3(C)是表示涂敷工序后的主体部的烧结体及与其结合的盖部的烧结体。另外，图3(A) (C)表示主体部2的入口流路 23侧的端面。对本发明的陶瓷热交换器1的制造方法而言，陶瓷热交换器1由陶瓷构成，通过使具有温差的高温介质和低温介质相对流动，在高温介质和低温介质之间进行热交换，该陶瓷热交换器1的制造方法包括成型工序，其形成主体部2的成型体和盖部的成型体，该主体部2具有高温介质流动的第一流路21及低温介质流动的第二流路22，该盖部具有与第一流路21连通的开口部31 ；烧成工序，通过烧成主体部2及盖部3的成型体而形成主体部 2的烧结体20及盖部3的烧结体30 ；加工工序，其在主体部2的烧结体20的两端部2a、2b 形成从侧面部与第二流路22连通的沟槽部23a、Ma ；涂敷工序，其在主体部2的烧结体20 和盖部3的烧结体30中的至少一方的接合面涂敷结合剂4 ；热处理工序，其以使第一流路 21和开口部31相吻合的方式将盖部3的烧结体30配置在主体部2的烧结体20的两端面并进行热处理，用结合剂4使主体部2的烧结体20及盖部3的烧结体30形成一体。所述成型工序是形成主体部2的成型体及盖部3的成型体的工序。具体地说，通过以下方法能够得到主体部2的成型体混合陶瓷粉状体、粘合剂和水，使用模具对使用搅拌机等搅拌混合机混勻的粘土状的坯土进行挤压加工而得到主体部2的成型体，该模具能够形成如图3(A)所示的具备呈格子状排列的多个通孔(第一流路21及第二流路22)的圆柱形。另外，通过以下方法能够得到盖部3的成型体将向陶瓷粉状体添加粘合剂形成浆料后进行喷雾干燥而生成的颗粒，填入可以形成如图3(C)所示的具有开口部31的圆板状的模具中，并在规定条件下进行加压。另外，成型方法不限定于上述方法，可以在使用静液压冲压成型法(橡胶冲压成型法(’ H > 7成形法))成型后实施切削加工，或使用铸造成型法。另外，也可以根据需要对得到的成型体实施切削加工。在此，具体地对使用碳化硅作为陶瓷的材质的例子进行说明。首先，对主体部2而言，向平均粒径为0. 5 10 μ m、纯度为99 99. 8 %的碳化硅一次原料中添加碳(C)及硼 (B)，并且添加氧化铝(Al2O3)、三氧化二钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)等烧结辅助剂，在搅拌机等搅拌混合机中向上述混合物适量地投入聚乙二醇、聚氧化乙烯等粘合剂及水，并通过混合， 得到可以用于挤压成型的粘土状的坯土。利用所述模具对该坯土进行挤压成型，从而能够得到成型体。另外，对盖部3而言，向平均粒径为0. 5 10 μ m、纯度为99 99. 8%的碳化硅一次原料中添加碳(C)、硼(B)，并添加氧化铝(Al2O3)、三氧化二钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)等烧结辅助剂，且适量地添加聚乙二醇、聚氧化乙烯等粘合剂形成浆料后，用喷雾干燥法对该浆料进行造粒而得到颗粒。通过在所述模具中填入该颗粒并在规定的条件下进行加压，从而能够得到成型体。所述烧成工序是通过对主体部2及盖部3的成型体进行烧成而形成主体部2的烧结体20及盖部3的烧结体30的工序。具体地说，将主体部2及盖部3的成型体投入烧成炉，在与陶瓷粉状体的材质相适应的规定的气氛、温度及保持时间进行烧成，从而能够得到具有如图3(A)所示的呈格子状排列的多个通孔(第一流路21及第二流路22)的圆柱状的主体部2的烧结体20及具有如图3(C)所示的开口部31的圆板状的盖部3的烧结体30。 当陶瓷的材质是碳化硅时，通过在非氧化气氛中以1800 2200°C的温度进行烧成，从而能够得到各烧结体。所述加工工序是形成构成入口流路23及出口流路M的沟槽部23a、Ma的工序。 具体地说，在主体部2的烧结体20的两端部2a、2b形成与第二流路22连通的沟槽部23a、 24a0另外，主体部2的两端部h、2b的沟槽部23a、Ma的宽度Da、Db以例如图1㈧所示的方式被设定。虽然陶瓷通常是硬度高且脆性高、很难加工的材料，但是对本发明的加工工序而言，因为只需要从侧面部笔直地对主体部2的两端部h、2b进行切削或研磨即可，所以加工容易，并能够不破坏主体部2的烧结体20而形成沟槽部23a、Ma，加工工序后的主体部 2的烧结体20的端部加侧的端面如图3(B)所示。所述涂敷工序是在主体部2的烧结体20及盖部3的烧结体30中的至少一方的接合面涂敷结合剂4的工序。结合剂4使用例如玻璃质的釉药。用刷子等在作为接合面的主体部2的烧结体20的两端面涂敷这样的结合剂4。涂敷工序后的主体部2的烧结体20的端部加侧的端面的涂敷部分如图3 (C)的阴影所示。另外，当在主体部2的烧结体20涂敷结合剂4时，优选的是，使结合剂4不流入第二流路22及沟槽部23a。另外，可以根据需要遮住作为接合面的盖部3的烧结体30的背面3a等的同时涂敷结合剂4，也可以在主体部2的烧结体20及盖部3的烧结体30的接合面都涂敷结合剂4。所述热处理工序是使主体部2的烧结体20及盖部3的烧结体30形成一体并得到如图1及图2所示的陶瓷热交换器1的工序。具体地说，在涂敷了结合剂4的主体部2的烧结体20的两端面以使第一流路21和开口部31相吻合并连通的方式配置盖部3的烧结体30并进行热处理，从而可以利用结合剂4使主体部2的烧结体20和盖部3的烧结体30 形成为一体。通过如上所述的本发明的陶瓷热交换器1的制造方法，对热处理后所得到的陶瓷热交换器1而言，容易产生泄漏的接合部能够减少到只剩下主体部2两端面的两个部位，从而能够减小产生泄漏的可能性。另外，因为只需要进行如下处理即可在主体部2的烧结体 20的两端面或盖部3的烧结体30的背面3a中的至少一方的接合面涂敷结合剂4，并配置成使主体部2的烧结体20的第一流路21和盖部3的烧结体30的开口部31连通，通过热处理使其形成为一体，所以能够容易地使主体部2的烧结体20及盖部3的烧结体30接合， 从而能够减少作业工时。另外，因为仅通过在主体部2的烧结体20的两端部2a、2b形成沟槽部23a、Ma，并使主体部2的烧结体20的两端部2a、2b与盖部3的烧结体30接合，即可形成使低温介质向第二流路22流通的入口流路23及出口流路M，所以能够选择也可以适用于脆性高、加工难的陶瓷的加工方法，从而能够使加工容易。接着，对本发明的陶瓷热交换器1的使用例进行说明。在此，图4是表示本发明的陶瓷热交换器的使用状态的图，图4(A)是表示第一使用例，图4(B)是表示第二使用例。另外，与图1及图2所示的构成部件相同的部件用相同的附图标记表示，因此省略重复的说明。如图4(A)及图4(B)所示的陶瓷热交换器1的使用例具有可以插入主体部2的筒部5，筒部5具备入口室51，其与入口流路23连通并具有低温介质的入口部51a ；出口室 52，其与出口流路M连通并具有低温介质的出口部52a。图4(A)所示的第一使用例使低温介质从陶瓷热交换器1的侧面部侧流入、流出。 具体地说，在陶瓷热交换器1的盖部3之间安装筒部5，通过螺栓等连接工具8使筒部5的两端部与引导高温介质的引导流路6连接。另外，在盖部3和引导流路6之间配置有弹性体 7。因为筒部5及引导流路6通常由金属制成，所以存在筒部5及导向流路6与陶瓷热交换器1之间产生热膨胀差的情况，因此用弹性体7吸收该热膨胀差。弹性体7可以是富有密封性能的橡胶部件，在通过其他部分来确保密封性的情况下，弹性体7也可以是弹簧部件。筒部5的内周面具有凸部53，并通过该凸部53形成入口室51和出口室52。另外，凸部53的内径形成为比陶瓷热交换器1的主体部2的外径稍大，因此能够利用该间隙来应对陶瓷热交换器1和筒部5的热膨胀差。另外，例如，如图4(A)所示，凸部53的轴向宽度Dc形成为不与入口流路23及出口流路M重叠。当然，也可以使入口流路23和出口流路M形成为容积的大小相同(沟槽部23a的宽度Da =沟槽部Ma的宽度Db的状态)， 并根据凸部53与入口流路23和出口流路M的重叠状况(凸部53的形成位置及轴向宽度 Dc的长度)，调节入口流路23和出口流路M的缓冲空间的容积。另外，例如，筒部5构成为可以在轴向上分割成多个，通过将其连结以使其处于密封状态，从而安装在陶瓷热交换器1 的主体部2。另外，可以在入口室51及出口室52分别形成一个入口部51a及出口部52a， 也可以呈放射状地分别形成多个入口部51a及出口部52a。
在如上所述的第一使用例中，高温介质沿陶瓷热交换器1的轴向流动，从形成有出口流路M的端部2b侧流入第一流路21，从形成有入口流路23的端部加侧向外部流动。 另外，低温介质从筒部5的入口部51a向入口室51内流动，从形成于陶瓷热交换器1的侧面部的入口流路23进入第二流路22，在主体部2内与高温介质进行热交换并经由出口流路 24、出口室52、出口部52a向外部流动。高温介质是例如800°C以上的排出气体，低温介质是例如向发动机等内燃机供给的150 200°C左右的压缩空气。通过使用本发明的陶瓷热交换器1，使作为低温介质的压缩空气升温至例如500°C左右。如图4(B)所示的第二使用例使低温介质从陶瓷热交换器1的轴向流入、流出。具体地说，陶瓷热交换器1的高温介质的上游侧与入口的孔径收缩的接合器9连接，在下游侧的盖部3和接合器9的凸缘部91之间安装有筒部5，在筒部5的两端部配置有引导高温介质的引导流路6。接合器9是例如呈圆锥面的环状结构体。另外，接合器9例如由与陶瓷热交换器1相同的陶瓷原材料构成，并通过接合工序与主体部2接合。另外，当接合器9由金属制成时，也可以通过螺栓等连接工具与主体部2连接。与第一使用例相同，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的外周形成有低温介质的导入路径M。即，筒部5是双层壁结构，将外周侧的空间作为低温介质的导入路径M使用，并将内周侧的空间作为陶瓷热交换器1的设置空间及低温介质的导出路径(出口室52)使用。 另外，在筒部5的高温介质的上游侧形成有向内侧突出的台阶部55，并在该台阶部55沿陶瓷热交换器1的轴向形成有导入路径讨的导入口 5 及出口室52的出口部52a。另外， 台阶部55经由弹性体7与接合器9的凸缘部91抵接，并且与高温介质的上游侧的导向流路6形成一体。利用这样的结构，只需要通过将陶瓷热交换器1从筒部5的高温介质的下游侧插入并使其与筒部5内的台阶部55抵接，利用连接工具8连结筒部5和引导流路6，就能够将陶瓷热交换器1安装在高温介质的导向流路6。在如上所述的第二使用例中，高温介质沿陶瓷热交换器1的轴向流动，并经由接合器9进入第一流路21，从形成有入口流路23的端部加侧向外部流动。另外，低温介质从筒部5的导入路径M的导入口 5 经由入口部51a向入口室51内流动，并从形成于陶瓷热交换器1的侧面部的入口流路23进入第二流路22，在主体部2内与高温介质进行热交换并经由出口流路对、出口室52、出口部52a向外部流动。在所述第一使用例及第二使用例中，虽然对低温介质从筒部5的侧面部或高温介质的上游侧的轴向流入、流出的情况进行了说明，但是本发明不限定于此，例如，可以使低温介质从高温介质的下游侧的轴向流入、流出，也可以使低温介质从侧面部方向流入并从轴向流出，或从轴向流入并从侧面部方向流出，也可以使低温介质从高温介质的下游侧的轴向流入并从上游侧的轴向流出。接着，对本发明的陶瓷热交换器1的变形例进行说明。在此，图5是表示本发明的陶瓷热交换器的变形例的图，图5(A)是表示第一变形例的侧视图，图5(B)是表示第二变形例的剖视图。另外，图6是表示本发明的陶瓷热交换器的第三变形例的图，图6(A)表示主体部的端面，图6(B)表示主体部的端面，图6 (C)表示盖部的端面。另外，在各图中，与图1 及图2所示的构成部件相同的部件用相同的附图标记表示，因此省略重复的说明。如图5(A)所示的第一变形例使入口流路23的沟槽部23a的宽度Da分别相同并使出口流路M的沟槽部Ma的宽度Db分别相同。另外，也可以根据设计条件和使用条件变形为各种形状，例如使入口流路23及出口流路M的沟槽部23a、Ma的宽度Da、Db形成为中央部窄、两端部附近宽等。图5(B)所示的第二变形例的剖视图与图2(B)所示的SB-SB的剖视图相当。在该第二变形例中，使入口流路23及出口流路M的沟槽部23a、Ma的各宽度Da、Db以使沟槽形成方向的中心部的宽度最大的方式弯曲。如上所述的弯曲程度构成为，例如能够根据第二流路22和各沟槽部23a、Ma的流路截面积使低温介质大致均勻地向各第二流路22流动。另外，入口流路23及出口流路M的沟槽部23a、Ma的各宽度Da、Db能够根据设计条件和使用条件变形为各种形状，例如可以以使沟槽形成方向的中心部的宽度最小的方式弯曲，也可以以朝沟槽形成方向的一方向倾斜地变窄或变宽的方式形成等。如图6所示的第三变形例使主体部2的通孔形成蜂窝状。如图6(A)所示，第三变形例的各通孔具有六边形截面，并配置成蜂窝状，每隔一行交替地设定第一流路21及第二流路22。另外，在构成低温介质的流路的第二流路22的行，从一侧面部到另一侧面部以与第二流路22连通的方式形成有构成入口流路23的沟槽部23a。沟槽部23a以不与第一流路21连通的方式形成于第二流路22的六边形截面的一边。另外，虽然没有图示，出口流路 M侧也构成相同的形状。另外，如图6 (B)所示，盖部3形成有与构成高温介质的流路的第一流路21连通的开口部31。开口部31形成为将形成有第一流路21的行的第一流路21的外框形状连接的形状。如果将这样的盖部3与如图6(A)所示的主体部2接合，则如图6 (C)所示，构成如下的第一流路21和第二流路22，该第一流路21使高温介质贯通主体部2及盖部3而流动，该第二流路22使低温介质从主体部2的侧面部流入并向与高温介质相对的方向流动。另外， 因为所述第三变形例的其他部分的形状、制造方法及使用例与图1 图4所示的实施方式相同，所以在此省略详细的说明。进而，对本发明的陶瓷热交换器1的其他变形例进行说明。在此，图7是表示本发明的陶瓷热交换器的其他变形例的图，图7(A)是第四变形例，图7(B)是第五变形例。另外， 图7 (A)及图7(B)表示陶瓷热交换器1的主体部2的端面(卸下盖部3后的状态)。另外， 与所述实施方式相同的构成部件用相同的附图标记表示，因此省略重复的说明。如图7(A)所示的第四变形例使第一流路21及第二流路22的流路截面构成为长方形。即，第一流路21的流路截面由一对长边21a及一对短边21b构成，第二流路22的流路截面由一对长边2 及一对短边22b构成。利用这样的结构，能够减少隔壁数，能够使加工容易并能够谋求减轻热交换器的重量。另外，利用这样的结构，能够增加第一流路21及第二流路22的导热面积，并能够减小液压直径(用于计算传导热的流路截面的代表性尺寸)，能够提高热传导率。另外，如图所示，第一流路21及第二流路22的流路截面由具有长边宽度X和短边宽度Y的长方形构成。这样的流路截面设定为例如长边宽度X与短边宽度Y的比例(长边宽度X/短边宽度Y)为1. 2 3. 0。在长边宽度X/短边宽度Y的比例小于1. 2的情况下， 加工阻力增大，很难形成特定的流路截面。另外，在长边宽度X/短边宽度Y的比例大于3.0 的情况下，长边宽度X比短边宽度Y更容易收缩，相应地导致流路截面容易变形。另外，虽然对第一流路21及第二流路22的流路截面的形状相同的情况进行了说明，但是可以使第一流路21及第二流路22中的一方为正方形，另一方为长方形，也可以使其长边宽度X和短边宽度Y的比例不同。如图7(B)所示的第五变形例使第一流路21及第二流路22的流路截面由具有长边宽度X和短边宽度Y的六边形构成。即，第一流路21的流路截面由一对长边21a及两对短边21b构成，第二流路22的流路截面由一对长边2 及两对短边22b构成。利用这样的结构，能够减少隔壁的数量，能够使加工容易，并且能够谋求减轻热交换器的重量。另外，利用这样的结构，能够增加第一流路21及第二流路22的导热面积，并且能够减小液压直径 (用于计算传导热的流路截面的代表性尺寸)，能够提高热传导率。另外，因为长边宽度X 与短边宽度Y的比例与图7㈧所示的第四变形例的比率相同，所以在此省略重复的说明。本发明不限定于上述实施方式，在第三变形例可以适用第一变形例或第二变形例等，不言而喻可以在不超过本发明的主旨的范围内进行各种变更。
权利要求
1.一种陶瓷热交换器，其由陶瓷构成，通过使具有温差的第一介质和第二介质相对流动，在所述第一介质和所述第二介质之间进行热交换，该陶瓷热交换器的特征在于，包括主体部，其形成有所述第一介质流动的第一流路及所述第二介质流动的第二流路；盖部，其与该主体部的两端部连接并形成有与所述第一流路连通的开口部，所述主体部具有 入口流路，其在相当于所述第一流路的出口侧的端部将所述第二介质从侧面部导入所述第二流路；出口流路，其在相当于所述第一流路的入口侧的端部将所述第二介质从所述第二流路向侧面部排出。
2.如权利要求1所述的陶瓷热交换器，其特征在于，所述第一流路及所述第二流路每隔一行交替地形成。
3.如权利要求1所述的陶瓷热交换器，其特征在于，所述第一流路及所述第二流路形成为格子状或蜂窝状。
4.如权利要求3所述的陶瓷热交换器，其特征在于，所述第一流路及所述第二流路的流路截面由长边及短边构成。
5.如权利要求4所述的陶瓷热交换器，其特征在于，所述流路截面的长边宽度与短边宽度的比例是1.2 3.0。
6.如权利要求1所述的陶瓷热交换器，其特征在于，所述入口流路及所述出口流路由所述盖部的背面和从所述主体部的侧面部与所述第二流路连通地形成的沟槽部构成。
7.如权利要求1所述的陶瓷热交换器，其特征在于，所述出口流路形成为，其容积大于所述入口流路的容积。
8.如权利要求1所述的陶瓷热交换器，其特征在于，具有能够插入所述主体部的筒部， 该筒部具备入口室，其与所述入口流路连通并具有所述第二介质的入口部；出口室，其与所述出口流路连通并具有所述第二介质的出口部。
9.一种陶瓷热交换器的制造方法，该陶瓷热交换器由陶瓷构成，通过使具有温差的第一介质和第二介质相对流动，在所述第一介质和所述第二介质之间进行热交换，该陶瓷热交换器的制造方法的特征在于，包括成型工序，其形成主体部的成型体和盖部的成型体，该主体部具有所述第一介质流动的第一流路及所述第二介质流动的第二流路，该盖部具有与所述第一流路连通的开口部；烧成工序，其通过烧成所述主体部的成型体及所述盖部的成型体而形成所述主体部的烧结体及所述盖部的烧结体；加工工序，其在所述主体部的烧结体的两端部形成从侧面部与所述第二流路连通的沟槽部；涂敷工序，其在所述主体部的烧结体及所述盖部的烧结体中的至少一方的接合面涂敷结合剂；热处理工序，其在所述主体部的烧结体的两端面以使所述第一流路和所述开口部相吻合的方式配置所述盖部的烧结体并进行热处理，利用所述结合剂使所述主体部的烧结体及所述盖部的烧结体形成一体。
全文摘要
本发明提供一种陶瓷热交换器及其制造方法，其通过减少接合部，能够容易地制造热交换器，并能够减少泄漏。本发明的陶瓷热交换器(1)具有主体部(2)，其形成有高温介质流动的第一流路(21)及低温介质流动的第二流路(22)；盖部(3)，其与主体部(2)的两端部(2a、2b)连接并形成有与第一流路(21)连通的开口部(31)，主体部(2)具有入口流路(23)，其在相当于第一流路(21)的出口侧的端部(2a)使低温介质从侧面部导入第二流路(22)；出口流路(24)，其在相当于第一流路(21)的入口侧的端部(2b)使低温介质从第二流路(22)向侧面部排出。
文档编号F28F21/04GK102439389SQ20108002247
公开日2012年5月2日 申请日期2010年3月23日 优先权日2009年3月23日
发明者村山元英, 矶村浩介, 鹤薗佐蔵 申请人:京瓷株式会社, 株式会社Ihi