JP6325674B2

JP6325674B2 - 熱交換器

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Publication number: JP6325674B2
Application number: JP2016538401A
Authority: JP
Inventors: 森山　正幸; 正幸森山; 石峯　裕作; 裕作石峯; 和彦藤尾; 敬一関口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2018-05-16
Anticipated expiration: 2035-07-29
Also published as: JPWO2016017697A1; EP3176532A4; WO2016017697A1; EP3176532A1; EP3176532B1; US20170219302A1

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来、冷却・加熱等の熱交換システムには熱交換器が用いられている。このような熱交換器の１例として、略平行に並べられた複数の長板と前記長板相互間のスリットからなり、前記長板のいくつかの表面に長手方向に連続して凹みが設けられた基板が複数積層され、隣接する前記基板の前記長板相互が接続されて管を構成するとともに、前記凹みが管内流路を構成し、かつ前記スリットが管外流路を構成してなる熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開2005−300062号公報

今般の熱交換器には、さらに優れた熱交換効率を有する熱交換器が求められている。それゆえ、本発明の目的は、優れた熱交換効率を有する熱交換器を提供することにある。

本発明の熱交換器は、セラミックスからなり、第１の流体と第２の流体とで熱交換を行なう熱交換器であって、該熱交換器は、一端側に導入側孔を有し、他端側に排出側孔を有する壁を備え、前記導入側孔および前記排出側孔を繋ぐ空間が前記第１の流体が流れる第１流路とされた複数個の第１部材と、複数個の該第１部材の一端側で前記導入側孔同士と連通し、前記第１の流体を前記第１部材に導入するための第２部材と、複数個の前記第１部材の他端側で前記排出側孔同士と連通し、前記第１部材を流れた前記第１の流体を排出するための第３部材とを備え、複数個の前記第１部材同士の間が前記第２の流体が流れる第２流路とされており、隣り合う前記導入側孔同士の少なくとも１つにおいて、前記第１の流体の流れる方向に見たとき、下流導入側孔を備える前記壁に、上流導入側孔の開口領域と重なる領域が存在しており、前記第２部材の内面の算術平均粗さＲａ１より、前記第２部材における前記第１の流体の下流側に隣接する前記第１部材の前記導入側孔の内面の算術平均粗さＲａ２が大きいことを特徴とする。

本発明の熱交換器は、セラミックスからなり、第１の流体と第２の流体とで熱交換を行なう熱交換器であって、該熱交換器は、一端側に導入側孔を有し、他端側に排出側孔を有する壁を備え、前記導入側孔および前記排出側孔を繋ぐ空間が前記第１の流体が流れる第１流路とされた複数個の第１部材と、複数個の該第１部材の一端側で前記導入側孔同士と連通し、前記第１の流体を前記第１部材に導入するための第２部材と、複数個の前記第１部材の他端側で前記排出側孔同士と連通し、前記第１部材を流れた前記第１の流体を排出
するための第３部材とを備え、複数個の前記第１部材同士の間が前記第２の流体が流れる第２流路とされており、隣り合う前記排出側孔同士の少なくとも１つにおいて、前記第１の流体の流れる方向に見たとき、下流排出側孔を備える前記壁に、上流排出側孔の開口領域と重なる領域が存在しており、前記第３部材の内面の算術平均粗さＲａ３より、前記第３部材における前記第１の流体の下流側に隣接する前記第１部材の前記排出側孔の内面の算術平均粗さＲａ４が大きいことを特徴とする。

本発明の熱交換器は、優れた熱交換効率を有する。

本実施形態の熱交換器の一例を示す斜視図である。本実施形態の熱交換器の一例を示す断面図である。本実施形態の熱交換器を構成する第１部材の一例を示す斜視図である。本実施形態の熱交換器を構成する第２部材および第３部材の一例を示す斜視図である。本実施形態の熱交換器の一例を示す部分断面図ある。本実施形態の熱交換器における第２部材側を拡大した一例を示す部分断面図である。本実施形態の熱交換器における第２部材側を拡大した他の例を示す部分断面図である。

以下、図面を用いて本実施形態の熱交換器について説明する。なお、図面において、同じ部材には同じ符号を付して説明する。

本実施形態の熱交換器の一例を示す、図１は斜視図であり、図２は断面図である。また、図３は、本実施形態の熱交換器を構成する第１部材の一例を示す斜視図であり、図４は、本実施形態の熱交換器を構成する第２部材および第３部材の一例を示す斜視図である。さらに、図５は、本実施形態の熱交換器の部分断面図であり、図６および図７は、本実施形態の熱交換器における第２部材側を拡大した部分断面図である。

まず、図１および図２を用いて、本実施形態の熱交換器の構成について説明する。図１に示す例の熱交換器１は、一端側に導入側孔５を有し、他端側に排出側孔６を有する壁を備え、導入側孔５および排出側孔６を繋ぐ空間が第１の流体が流れる第１流路８とされた複数個の第１部材２を備える。また、複数個の第１部材２の一端側で導入側孔５同士と連通し、第１の流体を第１部材２に導入するための第２部材３を備える。さらに、複数個の第１部材２の他端側で排出側孔６同士と連通し、第１部材２を流れた第１の流体を排出するための第３部材４を備える。そして、複数個の第１部材２同士の間が第２の流体が流れる第２流路10とされている。なお、ここでいう一端側とは、第１の流体の上流側と言い換えることができるものであり、他端側とは、第１の流体の下流側と言い換えることができるものである。

そして、図１および図２においては、３個の第１部材２を備える熱交換器１を例に示しているが、これに限定されるものではなく、第１部材２の数は２個以上であればよい。また、第１の流体および第２の流体には、目的に応じて液体や気体等を用いることができ、例えば第１の流体を水等の液体とし、第２の流体をガス等の気体とすることができる。

本実施形態の熱交換器１は、熱交換器１を構成する第１部材２、第２部材３および第３部材４がセラミックスから構成されている。このように、上記部材がセラミックスからなることにより、熱交換器１は、耐熱性や耐腐食性に優れる。ここで、セラミックスの種類としては、流体の特性に合わせて適宜選択すればよく、アルミナ質セラミックスやコージェライト質セラミックス等の酸化物セラミックス、窒化珪素質セラミックスや窒化アルミニウム質セラミックスや炭化珪素質セラミックス等の非酸化物セラミックスを用いることができる。

そして、上記部材が、セラミックスを構成する全成分のうち、炭化珪素の含有量が50質量％を超える炭化珪素質セラミックスからなるときには、高い熱伝導率により熱交換器１の熱交換効率を高めることができる。また、セラミックスを構成する全成分のうち、アルミナの含有量が50質量％を超えるアルミナ質セラミックスからなるときには、原料代が安く加工しやすいため、他材質よりも安価に熱交換器１を製造することができる。

図１および図２に示す熱交換器１においては、第１の流体の導入部11および排出部12を有するフランジ部16を最下段に備えている例を示している。この例における第１の流体の経路について説明する。まず、第１の流体は、フランジ部16の導入部11から入り、導入側流路７を通り、各導入側孔５を通過して各第１部材２の第１流路８を流れ、各排出側孔６を通過した後に排出側流路９を経て、排出部12から排出される。

このような構成を満たしていることにより、本実施形態の熱交換器１は、特に第１の流体が第１流路８を流れる間に、第２流路10を流れる第２の流体と効率よく熱交換を行なうことができる。

また、フランジ部16内において、導入部11と排出部12とを繋ぐ流路を設ければ、フランジ部16でも熱交換を行なうことができ、熱交換器１の熱交換効率を向上させることができる。なお、フランジ部16は、熱交換器１において、必須の構成ではなく、図１および図２における最下段に位置する第２部材３の開口部を第１の流体の導入口とし、最下段に位置する第３部材４の開口部を第１の流体の排出口としても構わない。

また、熱交換器１において、第１の流体と第２の流体とは、直交流となるように配置したり、第１の流体と第２の流体との流れが同じ方向となるように配置したりすることができる。

また、図１および図２には示していないが、第１部材２において、第１の流体を分岐することができる隔壁部を設けてもよい。このように、隔壁部を設けることにより、第１の流体との接触面積を大きくすれば、熱交換効率の向上を図ることができる。

次に、図３および図４を用いて本実施形態の熱交換器を構成する各部材について説明する。まず、第１部材２は、図３に示すように、第２部材３と連通する導入側孔５および第３部材４と連通する排出側孔６を有している。なお、図３においては、導入側孔５および排出側孔６が、上方の壁および下方の壁の互いに対応する位置に設けられて貫通孔となっている例を示しているが、この構成の第１部材２は、図１および図２における第１部材２ｂおよび第１部材２ｃに該当するものである。また、最上段に配置される第１部材２ａは、上流側においてさらに上方へ第１の流体を流す必要がなく、下流側において上方から第１の流体が流れてくることがないことから、第１部材２ａを構成する壁のうち下方の壁にのみ導入側孔５および排出側孔６を有するものである。

次に、第２部材３および第３部材４は、図４に示すように、例えば、円筒状の部材である。なお、第２部材３および第３部材４は、第１の流体が内部を流れることができるとともに、第２流路10を設けることができる高さを有しているものであれば、第１の流体が流れる方向に垂直な断面は、円形状に限らず、楕円形状、三角形状、四角形状等の多角形状等であっても構わない。

そして、上述した構成に加えて本実施形態の熱交換器１は、隣り合う導入側孔５同士の少なくとも１つにおいて、第１の流体の流れる方向に見たとき、下流導入側孔を備える壁に、上流導入側孔の開口領域と重なる領域が存在している。このような構成を満たしていることにより、第１の流体が導入側流路７を流れる際、下流導入側孔を備える壁における上流導入側孔の開口領域と重なる領域に第１の流体は衝突することとなり、第１の流体の流れに変化が生じて乱流が発生することとなる。そして、発生した乱流が接触する流路の内面（以下、乱流領域という。）は、第１の流体と接触する機会が増えることなる。それゆえ、本実施形態の熱交換器１は、優れた熱交換効率を有する。

ここで、隣り合う導入側孔５同士とは、図２に示す熱交換器１によれば、導入側孔５ａおよび導入側孔５ｂ、導入側孔５ｂおよび導入側孔５ｃ、導入側孔５ｃおよび導入側孔５ｄ、導入側孔５ｄおよび導入側孔５ｅのことであり、第１の流体が流れる方向において隣り合う位置にある２つの導入側孔５のことである。

また、上流導入側孔とは、隣り合う導入側孔５同士において、第１の流体の流れる方向の上流に位置する方の導入側孔５のことであり、下流導入側孔とは、第１の流体の流れる方向の下流に位置する方の導入側孔５のことである。例えば、導入側孔５ｂおよび導入側孔５ｃの組み合わせでは、導入側孔５ｂが下流導入側孔、導入側孔５ｃが上流導入側孔である。また、導入側孔５ｃおよび導入側孔５ｄの組み合わせでは、導入側孔５ｃが下流導入側孔、導入側孔５ｄが上流導入側孔となる。このように、同じ導入側孔５であっても、組み合わせによって、上流導入側孔にも下流導入側孔にもなりうる。

このように、隣り合う導入側孔５同士が上述した構成を満たす例としては、隣り合う導入側孔５同士が同じ開口形状であって、上流導入側孔の開口領域が下流導入側孔の開口領域よりも大きい場合や、隣り合う導入側孔５同士の開口形状自体が異なっている場合があるが、流体の流速を必要以上に遅くしない観点から、隣り合う導入側孔５同士が同じ開口形状であるものの導入側孔５の中心が第１の流体の流れる方向に見て、流れる方向に交差する方向にずれている場合が好ましい。なお、導入側孔５の開口形状としては、図３に示すような円形状に限らず、楕円形状、三角形状、四角形状等の多角形状等であっても構わない。

次に、隣り合う導入側孔５同士において、第１の流体の流れる方向に見たとき、下流導入側孔を備える壁に、上流導入側孔の開口領域と重なる領域が存在しているという構成に関して、図５を用いて説明する。なお、図５においては、第１部材２ｂが３つの壁から構成されている例を示しているが、これに限定されるものではなく、第１部材２ｂを構成する壁の数は３つ以上であっても構わない。

図５に示すように、隣り合う導入側孔５同士が、導入側孔５ｂおよび導入側孔５ｃであるとき、導入側孔５ｂが下流導入側孔であり、導入側孔５ｃが上流導入側孔である。そして、隣り合う導入側孔５同士において、第１の流体の流れる方向に見たとき、下流導入側孔を備える壁に、上流導入側孔の開口領域と重なる領域が存在しているというのは、上流導入側孔である導入側孔５ｃの開口領域を、第１の流体の流れる方向に沿って、下流導入側孔を備える壁13ｂまで平行移動させたとき、壁13ｂに上流導入側孔の開口領域と重なる部分が存在しているときのことを指す。また、上記構成によれば、導入側孔５ｃの開口領域を、第１の流体の流れる方向に沿って導入側孔５ｂに向かって平行移動させたときに、導入側孔５ｂの開口領域と重なり合わない部分が存在するとも言い換えることができる。

図５に示す例によれば、第２部材３ｂおよび導入側孔５ｂを通過した第１の流体の一部が、第１の流体の流れる方向に見たとき、導入側孔５ｃの開口領域と重なる領域が存在している壁13ｂに衝突し、衝突した部分に隣接する第２部材３ａの内面や、第１部材２ｂの内面が乱流領域となる。そして、この乱流領域は、第１の流体と接触する機会が増えることから、熱交換器１の熱交換効率が向上する。

なお、図５を用いて説明したために、第１部材２ｂが有している導入側孔５同士について説明したが、上述した他の組み合わせにおいても、隣り合う導入側孔５同士において、第１の流体の流れる方向に見たとき、下流導入側孔を備える壁に、上流導入側孔の開口領域と重なる領域が存在していれば、上述したのと同様の効果を得ることができる。また、乱流領域を広げる観点から、上記の重なる領域は、上流導入側孔の開口領域の１０面積％以上の面積を有していることが好ましい。

そして、ここまで隣り合う導入側孔５同士について説明してきたが、隣り合う排出側孔６同士においても同様に、隣り合う排出側孔６同士の少なくとも１つにおいて、第１の流体の流れる方向に見たとき、下流排出側孔を備える壁に、上流排出側孔の開口領域と重なる領域が存在すれば、上述したのと同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態の熱交換器１は、複数個の第１部材２のうち少なくとも１つが、第１の流体の下流側に位置する導入側孔５の第１部材２の内部側の縁における、第１部材２の中央側に、面取り状の部位を有していることが好適である。

上記構成について図６を用いて説明する。図６において、第１の流体は、下方の導入側孔５ｃから第１部材２ｂ内に流入し、一端側から他端側に延びる第１流路８と、上方の導入側孔５ｂとへ分岐して流れることとなる。このとき、第１部材２ｂを構成する壁13ｂにおける導入側孔５ｂの縁のうち、第１部材２ｂの中央側（図６における右側）に面取り部14を有していることにより、第１の流体の分岐をスムーズに行なうことができる。なお、面取り状の部位である面取り部14とは、縁である角部が削られて面が現れている部分のことである。

このように、第１の流体の下流側に位置する導入側孔５ｂにおいて、第１部材２ｂの内部側の縁のうち、第１部材２ｂの中央側に面取り部14を有していることにより、第１の流体の分岐をスムーズに行なうことができることから、面取り部14よりも第１の流体の上流側において乱流が生じる構成とされていることが好適である。このような構成となっていれば、乱流の生じた第１の流体がスムーズに分岐され、乱流領域が拡がることとなることから、さらに熱交換効率を向上させることができる。

また、図示していないが、排出側流路９においても同様のことが言えることから、複数個の第１部材２のうち少なくとも１つが、第１の流体の下流側に位置する排出側孔６において、第１部材２の内部側の縁のうち、第１部材２の中央側に面取り状の部位を有していることにより、第１流路８を流れてきた第１の流体と、上方の排出側孔６から流入してきた第１の流体との合流をスムーズに行なうことができる。

また、本実施形態の熱交換器１は、複数個の第１部材２のうち少なくとも１つが、第１の流体の下流側に位置する導入側孔５の第１部材２の内部側の縁の周りにおける、第１部材２の中央側の位置に突出している部位を有していることが好適である。以降では、この突出している部位を突出部15として説明する。

上記構成について図７を用いて説明する。図７において、第１の流体は、下方の導入側孔５ｃから第１部材２ｂ内に流入し、一端側から他端側に延びる第１流路８と、上方の導入側孔５ｂとへ分岐して流れることとなる。このとき、第１部材２ｂを構成する壁13ｂにおける導入側孔５ｂの縁の周りのうち、第１部材２ｂの中央側の位置に突出部15を有していることにより、第１の流体が第１流路８へ分岐する際にも乱流を発生させることができるため、さらに熱交換効率を向上させることができる。ここで、突出部15とは、第１部材２ｂを構成する壁13bにおいて、この壁13bの内面のうち導入側孔５ｂの縁の周りを除いた面を基準面とした際に、この基準面よりも第１流路８側に１μｍ以上突出している部位のことである。

また、図示していないが、複数個の第１部材２のうち少なくとも１つが、第１の流体の下流側に位置する導入側孔５において、第１部材２の内部側の縁の周りのうち、第１部材２の中央側の位置に突出部15を有している場合には、第１流路８を流れてきた第１の流体が突出部15を越える際に、第１流路８を流れる本流との合流および上方の排出側孔６から流入してき第１の流体と合流により乱流が発生するため、熱交換効率が向上する。

また、本実施形態の熱交換器１は、第２部材３の内面の算術平均粗さＲａ１より、第２部材３における第１の流体の下流側に隣接する導入側孔５の内面の算術平均粗さＲａ２が大きいことが好適である。

図５を用いて説明する。図５に示す構成において、第２部材３ｂの内面の算術平均粗さＲａ１より、導入側孔５ｃの内面の算術平均粗さＲａ２が大きいときには、第２部材３ｂの内部から導入側孔５ｃに第１の流体が流入する際に乱流が発生するため、熱交換効率を向上させることができる。特に、下流導入側孔を備える壁に、上流導入側孔の開口領域と重なる領域が存在することによって生じる乱流領域に、導入側孔５ｃが含まれる構成であることが好適である。

また、排出側流路９において、第３部材４の内面の算術平均粗さＲａ３より、第３部材４における第１の流体の下流側に隣接する排出側孔６の内面の算術平均粗さＲａ４が大きい場合にも、第３部材４の内部から隣接する排出側孔６に第１の流体が流入する際に乱流が発生するため、熱交換効率を向上させることができる。

ここで、上述の算術平均粗さＲａ１〜Ｒ４は、接触型の表面粗さ計を用い、ＪＩＳＢ 0601（2013）に準拠して測定することにより求めることができる。測定条件としては、例えば、測定長さを2.5ｍｍ、カットオフ値を0.8ｍｍとし、触針の走査速度を0.3ｍｍ／秒に設定して測定すればよい。以下、排出側流路９に関してはカッコ内に記載する。そして、第２部材３（第３部材４）の内面および導入側孔５（排出側孔６）の内面のうち、それぞれ隣接位置に近い部分を測定箇所とし、第１の流体が流れる方向に沿った方向に、それぞれ少なくとも３ヵ所測定し、この平均値を算術平均粗さＲａ１（Ｒａ３）およびＲａ２（Ｒａ４）とすればよい。

また、算術平均粗さＲａ１（Ｒａ３）と、算術平均粗さＲａ２（Ｒａ４）との比率Ｒａ２／Ｒａ１（Ｒａ４／Ｒａ３）が３以上30以下であることが好ましい。このように、Ｒａ２／Ｒａ１（Ｒａ４／Ｒａ３）が３以上30以下であるならば、第１の流体が流れる速度を低下させずに、第１の流体に大きな乱流を発生させることができるため、さらに熱交換効率を向上させることができる。

次に、本実施形態の熱交換器の製造方法の一例について説明する。

まず、第１部材については、例えば、主成分原料（炭化珪素、アルミナ等）の粉末に、焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を適宜添加し混合してスラリーを作製する。そして、このスラリーを用いて、ドクターブレード法によりセラミックグリーンシートを形成する。

なお、セラミックグリーンシートを形成する他の方法としては、スラリーを噴霧乾燥造粒法（スプレードライ法）により噴霧乾燥して造粒することによって顆粒を作製し、得られた顆粒をロールコンパクションにより成形する方法がある。また、顆粒を用いて、メカプレス法や冷間静水圧加圧成形（ＣＩＰ）法、または、スラリーの代わりに坏土を作製して、押出成形法によってセラミックグリーンシートを得てもよい。

次に、金型もしくはレーザ光を用いて、得られたセラミックグリーンシートを所望の外形状に加工したり、導入側孔および排出側孔を形成する加工を施した後、それぞれに上記スラリーを塗布して積層して加圧し、主成分原料に合わせた焼成温度で焼成することで、第１部材を得る。

ここで、隣接する導入側孔同士において、第１の流体の流れる方向に見たとき、下流導入側孔を備える壁に、上流導入側孔の開口領域と重なる領域が存在するものとするには、上流導入側孔を形成したセラミックグリーンシートに対して、下流導入側孔を形成する予定のセラミックグリーンシートを重ねて見たときに、セラミックグリーンシートに上流導入側孔の開口領域と重なる領域が残るように下流導入側孔を形成すればよい。

具体的には、開口形状が同じであれば、セラミックグリーンシートの外辺からの位置が異なるように、下流導入側孔を設けたり、セラミックグリーンシートの外辺からの位置を同じとして、開口形状を異ならせたりすればよい。また、隣接する排出側孔同士において、第１の流体の流れる方向に見たとき、下流排出側孔を備える壁に、上流排出側孔の開口領域と重なる領域が存在するものとするには、上述した記載において、導入側孔を排出側孔に置き換えればよいため、説明は省略する。

また、複数個の第１部材のうち少なくとも１つが、第１の流体の下流側に位置する導入側孔または排出側孔において、第１部材の内部側の縁のうち、第１部材の中央側に面取り状の部位を有しているものとするには、上述したセラミックグリーンシートにおける導入側孔または排出側孔の形成時において、対応箇所となる縁に接する金型の刃の形状をテーパ状にしたり、レーザ光の入射角度を調節したりすればよい。あるいは、導入側孔または排出側孔を形成した後に、例えば、錐状の治具を対応箇所となる縁に押し当てて押圧したり、切削加工によって面取りしたりすればよい。

また、複数個の第１部材のうち少なくとも１つが、第１の流体の下流側に位置する導入側孔または排出側孔において、第１部材の内部側の縁の周りのうち、第１部材の中央側の位置に突出している部位を有しているものとするには、上述したセラミックグリーンシートにおける導入側孔または排出側孔を金型によりプレスして形成するときに、使用する金型の刃と臼とのクリアランスを調節すれば、対応箇所となる縁の周りに突出した部位を形成することができる。また、セラミックグリーンシートに導入側孔または排出側孔を設けた後、セラミックグリーンシートの成形に用いたのと同じ組成のペーストを対応箇所となる縁の周りに塗布することによっても、突出した部位を形成することができる。さらに、セラミックグリーンシートにおける対応箇所となる縁の少なくとも一部を冶具等により押圧することにより突出させても構わない。

次に、第２部材、第３部材およびフランジ部については、まず、それぞれの部材を構成する主成分原料（炭化珪素、アルミナ等）の粉末に、焼結助剤、バインダ、溶媒および分散剤等を適宜添加し混合してスラリーを作製する。そして、このスラリーを噴霧乾燥造粒法により噴霧乾燥して造粒することによって顆粒を作製し、得られた顆粒を用いて、メカプレス法や冷間静水圧加圧成形法により所望形状の成形体を作製し、必要に応じて切削加工を施した後、焼成することにより第２部材、第３部材およびフランジ部を得ることができる。なお、焼成後に必要に応じて研削加工を施してもよい。

また、第２部材および第３部材となる成形体については、スラリーの代わりに坏土を用いて押出成形法により成形体を得てもよい。また、フランジ部となる成形体については、第１部材と同様にセラミックグリーンシートを積層して形成してもよい。

また、第２部材の内面の算術平均粗さＲａ１より、第２部材における第１の流体の下流側に隣接する導入側孔の内面の算術平均粗さＲａ２が大きいものとするには、以下の方法を行なえばよい。例えば、第２部材の内面の算術平均粗さＲａ１を測定する。そして、第２部材における第１の流体の下流側に隣接する導入側孔の内面の算術平均粗さＲａ２が、算術平均粗さＲａ１よりも大きな値となるように、導入側孔の形成において、出力を調整したレーザ光を用いて、セラミックグリーンシートに導入側孔を設けたり、セラミックグリーンシートに導入側孔を設けた後に押し型を押し付けたり、焼成後にレーザ加工やブラスト加工を行なえばよい。

また、第３部材の内面の算術平均粗さＲａ３より、第３部材における第１の流体の下流側に隣接する排出側孔の算術平均粗さＲａ４が大きいものとするには、上述した記載において、第２部材を第３部材に、導入側孔を排出側孔に置き換えればよいため、説明は省略する。

そして、得られた第１部材、第２部材、第３部材、フランジ部を用いて、各部材における接合部に接着剤を塗布し、各部材において第１の流体が連通するように配置し、熱処理により接着剤を硬化させることにより熱交換器を得ることができる。なお、第２部材に隣接する導入側孔同士および第３部材に隣接する排出側孔同士において、第１の流体の流れる方向に見たとき、下流導入側孔（下流排出側孔）を備える壁に、上流導入側孔（上流排出側孔）の開口領域と重なる領域が存在する形態として、形成する孔位置をずらしたり、形成する孔形状を異ならせたりすることを上述したが、孔位置および孔形状が同じとして、第２部材または第３部材に隣接する第１部材をずらした配置として接合してもよい。

また、熱交換器において、第１部材の個数を増加させる場合には、第１部材の個数に合わせて、第２部材および第３部材を準備して接合すればよい。

また、第１部材の個数を増加させたときには、下段の第１部材における導入側孔周辺および排出側孔周辺には、上段の各部材分の重量が掛かることとなることから、第１部材間に配置される第２部材および第３部材を、第１の流体の流れる方向において、中心軸をずらした配置としてもよい。これにより、上段の各部材分の重量が掛かることによる、下段の第１部材における導入側孔周辺および排出側孔周辺で欠けや割れが発生するおそれを少なくすることができる。

なお、使用される接着剤としては、耐熱性や耐腐食性に優れているものとして、無機接着剤を用いることが好ましい。無機接着剤としては、例えば、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラス（Ｒ：アルカリ土類金属元素）粉末や、金属珪素粉末と炭化珪素粉末とを混合した粉末を含有するペーストを用いればよい。無機接着剤としてこのようなペーストを用いたならば、熱処理を行なった際に部材を劣化させることなく、互いの部材を強固に接合できるうえに、耐熱性や耐腐食性に優れているので、熱交換器の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

また、上述した熱交換器は、熱交換を行なうものであれば、特にその用途が制限されるものではなく、例えば、各種レーザ装置用、半導体素子用および半導体製造装置用の熱交換器に好適に用いることができる。

１：熱交換器
２：第１部材
３：第２部材
４：第３部材
５：導入側孔
６：排出側孔
７：導入側流路
８：第１流路
９：排出側流路
10：第２流路
11：導入部
12：排出部
13：導入側孔および排出側孔を有する壁
14：面取り部
15：突出部
16：フランジ部

Claims

セラミックスからなり、第１の流体と第２の流体とで熱交換を行なう熱交換器であって、
該熱交換器は、
一端側に導入側孔を有し、他端側に排出側孔を有する壁を備え、前記導入側孔および前記排出側孔を繋ぐ空間が前記第１の流体が流れる第１流路とされた複数個の第１部材と、
複数個の該第１部材の一端側で前記導入側孔同士と連通し、前記第１の流体を前記第１部材に導入するための第２部材と、
複数個の前記第１部材の他端側で前記排出側孔同士と連通し、前記第１部材を流れた前記第１の流体を排出するための第３部材とを備え、
複数個の前記第１部材同士の間が前記第２の流体が流れる第２流路とされており、
隣り合う前記導入側孔同士の少なくとも１つにおいて、前記第１の流体の流れる方向に見たとき、下流導入側孔を備える前記壁に、上流導入側孔の開口領域と重なる領域が存在しており、
前記第２部材の内面の算術平均粗さＲａ１より、前記第２部材における前記第１の流体の下流側に隣接する前記第１部材の前記導入側孔の内面の算術平均粗さＲａ２が大きいことを特徴とする熱交換器。
セラミックスからなり、第１の流体と第２の流体とで熱交換を行なう熱交換器であって、
該熱交換器は、
一端側に導入側孔を有し、他端側に排出側孔を有する壁を備え、前記導入側孔および前記排出側孔を繋ぐ空間が前記第１の流体が流れる第１流路とされた複数個の第１部材と、
複数個の該第１部材の一端側で前記導入側孔同士と連通し、前記第１の流体を前記第１部材に導入するための第２部材と、
複数個の前記第１部材の他端側で前記排出側孔同士と連通し、前記第１部材を流れた前記第１の流体を排出するための第３部材とを備え、
複数個の前記第１部材同士の間が前記第２の流体が流れる第２流路とされており、
隣り合う前記排出側孔同士の少なくとも１つにおいて、前記第１の流体の流れる方向に見たとき、下流排出側孔を備える前記壁に、上流排出側孔の開口領域と重なる領域が存在しており、
前記第３部材の内面の算術平均粗さＲａ３より、前記第３部材における前記第１の流体の下流側に隣接する前記第１部材の前記排出側孔の内面の算術平均粗さＲａ４が大きいことを特徴とする熱交換器。
複数個の前記第１部材のうち少なくとも１つが、前記第１の流体の下流側に位置する前記導入側孔または前記排出側孔の前記第１部材の内部側の縁における、前記第１部材の中央側に、面取り状の部位を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
複数個の前記第１部材のうち少なくとも１つが、前記第１の流体の下流側に位置する前記導入側孔または前記排出側孔の前記第１部材の内部側の縁の周りにおける、前記第１部材の中央側の位置に、突出している部位を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
前記第２部材の内面の算術平均粗さＲａ１より、前記第２部材における前記第１の流体の下流側に隣接する前記導入側孔の内面の算術平均粗さＲａ２が大きいことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の熱交換器。
前記第３部材の内面の算術平均粗さＲａ３より、前記第３部材における前記第１の流体の下流側に隣接する前記排出側孔の算術平均粗さＲａ４が大きいことを特徴とする請求項１、請求項３または請求項４に記載の熱交換器。