特許 5944897 熱交換部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5944897

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】熱交換部材

(51)【国際特許分類】

   F28F 21/04 20060101AFI20160621BHJP

   F28D 7/10 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   F28F21/04

   F28D7/10 Z

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-522998(P2013-522998)

(86)(22)【出願日】2012年6月29日

(86)【国際出願番号】JP2012066790

(87)【国際公開番号】WO2013002395

(87)【国際公開日】20130103

【審査請求日】2015年2月16日

(31)【優先権主張番号】特願2011-145878(P2011-145878)

(32)【優先日】2011年6月30日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088616

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 一平

(74)【代理人】

【識別番号】100154829

【弁理士】

【氏名又は名称】小池 成

(72)【発明者】

【氏名】川口 竜生

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 誠

(72)【発明者】

【氏名】近藤 好正

(72)【発明者】

【氏名】高橋 博紀

【審査官】 柿沼 善一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０７１１６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−０４６８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５００９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１００３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２８６７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５０−０７０１５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０４−１２９６６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第３９８３２８３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３４５５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３１６８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１３３５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９２０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−００９１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０２４９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５０−０２６１４６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｆ ２１／０４

Ｆ２８Ｄ ７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒形状の外周壁と、第一の流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、前記隔壁及び前記外周壁の少なくとも一方は、気孔率が２０％以下に緻密化されている、セラミックスを主成分とするハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体を被覆し、前記ハニカム構造体の前記セルを流れる前記第一の流体と前記ハニカム構造体の外部を流れる第二の流体とを混合させない被覆部材と、を備え、
前記ハニカム構造体の前記外周壁に、軸方向において前記ハニカム構造体の全長にわたらず一部に形成されているスリット、及び／又は、前記ハニカム構造体が前記被覆部材内に直列に複数配置されており、少なくとも前記第一の流体の入口側の前記ハニカム構造体の前記外周壁に形成されているスリットを少なくとも１つ有し、
前記セルを流通する前記第一の流体と、前記被覆部材の外側を流通する前記第二の流体とが混合しない状態で、前記ハニカム構造体の前記外周壁及び前記被覆部材を介して前記第一の流体と前記第二の流体を熱交換させる熱交換部材。

【請求項2】

前記外周壁の前記スリットと通じる前記セルのうち少なくとも一つが、形状の一部が前記外周壁で構成されている、内側の前記セルとは異なる形状のパーシャルセルである請求項１に記載の熱交換部材。

【請求項3】

前記外周壁の前記スリットと通じる前記セルを形成する前記隔壁にスリットが形成されている請求項１または２に記載の熱交換部材。

【請求項4】

前記外周壁に前記スリットが複数形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換部材。

【請求項5】

前記隔壁に、前記外周壁に通じないスリットが形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換部材。

【請求項6】

前記ハニカム構造体は、主成分が炭化珪素である請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第一の流体と第二の流体との熱交換を行うことができる、ハニカム構造体を用いた熱交換部材に関する。

【背景技術】

【0002】

熱交換器では、熱を伝導する熱交換部材によって、温度の高い流体と温度の低い流体との間で熱の受け渡しを行う。このような熱交換器では、非常に温度の高い流体を使用する場合や、水などの腐食を生じさせやすい流体を使用する場合があるので、セラミックス製の熱交換部材が使用されている（例えば、特許文献１）。セラミックス製の熱交換部材を使用すると、耐熱性や耐腐食性を高めることが可能になる。

【0003】

また、熱交換部材は、温度の高い流体からの熱を受けて膨張したり、あるいは温度の低い流体に熱を奪われて収縮したりすることがある。特に、熱交換部材では、これら２種の流体の温度差に起因して部分ごとで温度差が生じやすくなる。この温度差によって、熱交換部材の部分ごとに熱に起因した収縮や膨張の度合いが異なる。その結果、熱交換部材中の特定の部分で局所的に大きな熱応力が生じてしまうことがある。このように熱交換部材中の特定の部分で局所的に大きな熱応力が生じてしまうと、この部分で破損しやすくなる。このような熱応力によって引き起こされる問題への対処として、機械的強度が弱い箇所の厚みを増したり、あるいは補強する部材を設けたりすることにより、機械的強度を高めた構造にすることが行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭６１−２４９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

熱交換部材は、厳しい条件下において使用することが求められており、熱応力による破損の発生を抑制することができる熱交換部材が求められている。

【0006】

本発明の課題は、熱応力を緩和することにより、熱応力による破損が生じにくい熱交換部材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者らは、熱交換部材を構成するハニカム構造体の外周壁にスリットを形成することにより、上記課題を解決することができることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の熱交換部材が提供される。

【0008】

［１］ 筒形状の外周壁と、第一の流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、前記隔壁及び前記外周壁の少なくとも一方は、気孔率が２０％以下に緻密化されている、セラミックスを主成分とするハニカム構造体と、前記ハニカム構造体を被覆し、前記ハニカム構造体の前記セルを流れる前記第一の流体と前記ハニカム構造体の外部を流れる第二の流体とを混合させない被覆部材と、を備え、前記ハニカム構造体の前記外周壁に、軸方向において前記ハニカム構造体の全長にわたらず一部に形成されているスリット、及び／又は、前記ハニカム構造体が前記被覆部材内に直列に複数配置されており、少なくとも前記第一の流体の入口側の前記ハニカム構造体の前記外周壁に形成されているスリットを少なくとも１つ有し、前記セルを流通する前記第一の流体と、前記被覆部材の外側を流通する前記第二の流体とが混合しない状態で、前記ハニカム構造体の前記外周壁及び前記被覆部材を介して前記第一の流体と前記第二の流体を熱交換させる熱交換部材。

【0009】

［２］ 前記外周壁の前記スリットと通じる前記セルのうち少なくとも一つが、形状の一部が前記外周壁で構成されている、内側の前記セルとは異なる形状のパーシャルセルである前記［１］に記載の熱交換部材。

【0010】

［３］ 前記外周壁の前記スリットと通じる前記セルを形成する前記隔壁にスリットが形成されている前記［１］または［２］に記載の熱交換部材。

【0011】

［４］ 前記外周壁に前記スリットが複数形成されている前記［１］〜［３］のいずれかに記載の熱交換部材。

【0012】

［５］ 前記隔壁に、前記外周壁に通じないスリットが形成されている前記［１］〜［４］のいずれかに記載の熱交換部材。

【0016】

［６］ 前記ハニカム構造体は、主成分が炭化珪素である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の熱交換部材。

【発明の効果】

【0017】

ハニカム構造体の外周壁にスリットを形成することにより、熱応力を緩和することができる。これにより、ハニカム構造体の破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1A】本発明の熱交換部材の一実施形態を示す斜視図である。

【図1B】熱交換部材を構成するハニカム構造体と、被覆部材とを一体とする前を示す斜視図である。

【図2】ハニカム構造体の一部拡大図である。

【図3】外周壁のスリットと通じるセルを形成する隔壁にスリットが形成されている実施形態を示す模式図である。

【図4】外周壁のスリットと通じるセルを形成する隔壁にスリットが形成されている他の実施形態を示す模式図である。

【図5】外周壁にスリットが複数形成されている実施形態を示す模式図である。

【図6】スリットの幅について説明する説明図である。

【図7A】外周壁に通じるスリットが存在する領域を説明する説明図である。

【図7B】ハニカム構造体の断面が楕円形の実施形態における、外周壁に通じるスリットが存在する領域を説明する説明図である。

【図8】外周壁に通じないスリットが形成された実施形態を示す模式図である。

【図9】ハニカム構造体の軸方向の一部にスリットが形成されている実施形態を示す模式図である。

【図10】ハニカム構造体が金属管内に直列に複数配置されており、少なくとも第一の流体の入口側のハニカム構造体の外周壁にスリットが形成されている実施形態を示す模式図である。

【図11】熱交換部材を収容した熱交換器を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

【0020】

図１Ａに本発明の熱交換部材１０の一実施形態の斜視図を示す。また、図１Ｂは、熱交換部材１０を構成するハニカム構造体１と、被覆部材１１とを一体とする前を示す斜視図である。さらに、図２は、ハニカム構造体１の一部拡大図である。

【0021】

図１Ａに示すように、熱交換部材１０は、ハニカム構造体１と被覆部材１１（例えば、金属管１２）とを備える。ハニカム構造体１は、筒形状の外周壁７と、第一の流体の流路となる複数のセル３を区画形成する隔壁４とを有し（図２等参照）、セラミックスを主成分とする。熱交換効率を向上させるために、ハニカム構造体１は、隔壁４及び外周壁７の少なくとも一方が緻密化されていることが好ましい。緻密化されたセラミックスの気孔率としては、２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、５％以下であることが最も好ましい。そして、図２に示すように、ハニカム構造体１は、外周壁７に、少なくとも１つのスリット１５を有する。図１Ｂに示す実施形態は、複数のスリット１５が、一方の端面２から他方の端面２まで、外周壁７に形成されている。被覆部材１１は、第一の流体と第二の流体との間での熱交換可能にハニカム構造体１を被覆している（図１Ｂは、被覆させる前を示す）。熱交換部材１０は、セル３を流通する第一の流体と、被覆部材１１（例えば金属管１２）の外側を流通する第二の流体とが混合しない状態で、ハニカム構造体１の外周壁７及び被覆部材１１（金属管１２）を介して第一の流体と第二の流体を熱交換させる。

【0022】

被覆部材１１がハニカム構造体１の外周面７ｈを被覆しているため、ハニカム構造体１の内部を流れる第一の流体とハニカム構造体１の外部を流れる第二の流体とを混合させずに、それぞれを流通させ、熱交換することができる。外周壁７や隔壁４に熱を伝導させて、第一の流体と第二の流体との熱交換を行わせると、外周壁７や隔壁４において場所により温度差が生じる。こうした温度差は熱に伴う膨張や収縮の度合いの差を生み、その結果、外周壁７や隔壁４に熱応力を生じさせる。この熱応力は、外周壁７や隔壁４の歪みや割れの原因になりうる。本発明の熱交換部材１０では、ハニカム構造体１の外周壁７に少なくとも１つ以上のスリット１５が設けられているので、外周壁７に生じる熱応力を緩和させ、ひいては外周壁７や隔壁４での歪みや割れの発生を抑えることができる。

【0023】

図２に示すように、外周壁７のスリット１５と通じるセル３のうち少なくとも一つが、内側のセル３（完全セル３ｑ）とは異なる形状のパーシャルセル３ｐであることが好ましい。パーシャルセル３ｐは、第一の流体が流れにくく、パーシャルセル３ｐを形成する外周壁７にスリット１５を形成することにより、パーシャルセル３ｐの開口面積が増加し、第一の流体の流れが改善する。つまり、パーシャルセル３ｐを形成する外周壁７にスリット１５を形成することにより、熱応力を緩和し、熱交換効率を改善することができる。

【0024】

ハニカム構造体１を被覆する被覆部材１１は、第一の流体や第二の流体を流通させず、熱伝導性がよく、耐熱性、耐蝕性のあるものが好ましい。被覆部材１１としては、金属管１２、セラミックス管等が挙げられる。金属管１２の材質としては、例えば、ステンレス鋼、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができる。また、被覆部材１１は、管に限定されず、金属板やセラミックス板を用いてもよい。あるいは、樹脂でハニカム構造体１をコーティングして、これを被覆部材１１として用いてもよい。

【0025】

ハニカム構造体１は、セラミックスで筒状に形成され、軸方向の一方の端面２から他方の端面２まで貫通する流体の流路を有するものである。ハニカム構造体１は、隔壁４を有し、隔壁４によって、流体の流路となる多数のセル３が区画形成されている。隔壁４を有することにより、ハニカム構造体１の内部を流通する流体からの熱を効率よく集熱し、外部に伝達することができる。

【0026】

ハニカム構造体１の外形は、円筒状（円柱状）に限らず、軸（長手）方向に垂直な断面が楕円形であってもよい。また、ハニカム構造体１の外形は、角柱状、すなわち、軸（長手）方向に垂直な断面が、四角形、またはその他の多角形であってもよい。

【0027】

本発明の熱交換部材１０では、ハニカム構造体１がセラミックスを主成分とすることにより、隔壁４や外周壁７の熱伝導率が高まり、その結果として、隔壁４や外周壁７を介在させた熱交換を効率良く行わせることができる。なお、本明細書にいうセラミックスを主成分とするとは、セラミックスを５０質量％以上含むことをいう。

【0028】

ハニカム構造体１は、特に伝熱性を考慮すると、熱伝導性が高いＳｉＣ（炭化珪素）が主成分であることが好ましい。なお、主成分とは、ハニカム構造体１の５０質量％以上が炭化珪素であることを意味する。

【0029】

さらに具体的には、ハニカム構造体１の材料としては、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、及びＳｉＣ等を採用することができる。ただし、多孔体の場合は高い熱伝導率が得られないことがあるため、高い熱交換率を得るためには、緻密体構造（気孔率２０％以下）とすることが好ましく、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣを採用することが好ましい。ＳｉＣは、熱伝導率が高く、放熱しやすいという特徴を有するが、Ｓｉを含浸するＳｉＣは、高い熱伝導率や耐熱性を示しつつ、緻密に形成され、伝熱部材として十分な強度を示す。例えば、ＳｉＣ（炭化珪素）の多孔体の場合、２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるが、緻密体とすることにより、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。

【0030】

ハニカム構造体１のセル３の軸方向に垂直な断面のセル形状としては、円形、楕円形、三角形、四角形、六角形その他の多角形等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。

【0031】

ハニカム構造体１のセル密度（即ち、単位断面積当たりのセルの数）については特に制限はなく、目的に応じて適宜設計すればよいが、２５〜２０００セル／平方インチ（４〜３２０セル／ｃｍ^２）の範囲であることが好ましい。セル密度を２５セル／平方インチ以上とすることにより、隔壁４の強度、ひいてはハニカム構造体１自体の強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）を十分なものとすることができる。また、２０００セル／平方インチ以下とすることにより、熱媒体が流れる際の圧力損失が大きくなることを防止することができる。

【0032】

ハニカム構造体１のセル３の隔壁４の厚さ（壁厚）についても、目的に応じて適宜設計すればよく、特に制限はない。壁厚を５０μｍ〜２ｍｍとすることが好ましく、６０〜５００μｍとすることが更に好ましい。壁厚を５０μｍ以上とすることにより、機械的強度を十分なものとし、衝撃や熱応力によって破損することを防止することができる。また、２ｍｍ以下とすることにより、流体の圧力損失が大きくなったり、熱媒体が透過する熱交換率が低下するといった不具合を防止することができる。

【0033】

ハニカム構造体１のセル３の隔壁４の密度は、０．５〜５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ^３以上とすることにより、隔壁４を十分な強度とし、第一流体が流路内を通り抜ける際に圧力により隔壁４が破損することを防止することができる。また、５ｇ／ｃｍ^３以下とすることにより、ハニカム構造体１を軽量化することができる。上記の範囲の密度とすることにより、ハニカム構造体１を強固なものとすることができ、熱伝導率を向上させる効果も得られる。

【0034】

ハニカム構造体１は、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。より好ましくは、１２０〜３００Ｗ／ｍ・Ｋ、さらに好ましくは、１５０〜３００Ｗ／ｍ・Ｋである。この範囲とすることにより、熱伝導性が良好となり、効率的にハニカム構造体１内の熱を被覆部材１１（金属管１２）の外側に排出できる。

【0035】

本発明の熱交換部材１０では、第一の流体として排ガスを流す場合、隔壁４に触媒を担持させることが好ましい。このように隔壁４に触媒を担持させると、排ガス中のＣＯやＮＯｘやＨＣなどを触媒反応によって無害な物質にすることが可能になり、これに加えて、触媒反応の際に生じる反応熱を熱交換に用いることが可能になる。本発明の熱交換部材１０に用いる触媒としては、貴金属（白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、及び金）、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス及びバリウムからなる群から選択された元素を少なくとも一種を含有すると良い。ここに挙げた触媒は、金属、酸化物、およびそれ以外の化合物であっても良い。

【0036】

第一の流体（高温側）が通過するハニカム構造体１の第一流体流通部５のセル３の隔壁４に担持される触媒（触媒金属＋担持体（触媒金属とそれを担持する担持体を合わせたもの））の担持量としては、１０〜４００ｇ／Ｌであることが好ましく、貴金属であれば０．１〜５ｇ／Ｌであることが更に好ましい。触媒（触媒金属＋担持体）の担持量を１０ｇ／Ｌ以上とすると、触媒作用が発現しやすい。一方、４００ｇ／Ｌ以下とすると、圧力損失を抑え、製造コストの上昇を抑えることができる。

【0037】

次に、熱交換部材１０を構成するハニカム構造体１に形成するスリット１５の他の実施形態を説明する。図３及び図４に、外周壁７のスリット１５（１５ａ）と通じるセル３を形成する隔壁４にスリット１５（１５ｂ）が形成されている実施形態を示す。図３は、隔壁４の交点部にスリット１５（１５ｂ）が形成されている。図４は、隔壁４の一辺の途中にスリット１５（１５ｂ）が形成されている。図３及び図４に示すように、外周壁７のスリット１５（１５ａ）と通じるセル３を形成する隔壁４にスリット１５（１５ｂ）が形成されていることが、熱応力を緩和するために好ましい。また、外周壁７に形成するスリット１５（１５ａ）と隔壁４に形成するスリット１５（１５ｂ）のスリット幅は、必ずしも同一である必要はなく、異なるスリット幅であることも好ましい形態の一つである。上記のようにすることにより、アイソスタティック強度（ＩＳＯ強度）を低下させずに、熱応力を緩和する効果が得られ、かつ圧力損失を抑える効果が得られる。ハニカム構造体１のＩＳＯ強度が低下すると、被覆部材１１にてハニカム構造体１を被覆する被覆工程や実使用時においてハニカム構造体１が破損してしまうことがある。

【0038】

図５に外周壁７にスリット１５が複数形成されている実施形態を示す。図５は、ハニカム構造体１の軸方向における断面を簡略化した模式図である。スリット１５は、外周壁７に形成されるのみならず、隔壁４に形成されていてもよい。外周壁７にスリット１５が複数形成されていることにより、熱応力を緩和する効果がより得られる。

【0039】

図６に、スリット１５の幅について説明する説明図を示す。スリット１５の幅１５ｔの合計長さは、外周壁７の全周長（一周の長さ）の５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。スリット１５の幅１５ｔの合計とは、外周壁７に形成された、複数のスリット１５のそれぞれの幅１５ｔをすべて合計した長さである。このような範囲とすることにより、ＩＳＯ強度を低下させずに、熱応力を緩和することができる。なお、１つのスリット１５の幅については、特に制限はないが、０．０３〜５ｍｍとするのが好ましく、０．１〜２ｍｍとするのがより好ましく、０．３〜１．１ｍｍとするのが特に好ましい。上記の範囲とすることで、熱応力を十分に緩和しつつ、製造コストの上昇を抑えることができる。

【0040】

図７Ａに、外周壁７に通じるスリット１５が存在する領域を説明する説明図を示す。図７Ａの実施形態は、スリット１５が、外周壁７に形成され、さらに径方向に、外周壁７からハニカム構造体１の中心までの径の５０％よりも外側の領域に形成されている。つまり、外周壁７に通じるスリット１５が存在する領域は、径の５０％よりも外側の領域（図の網目の領域）であることが好ましく、３０％よりも外側の領域であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、ＩＳＯ強度を低下させずに、熱応力を緩和することができる。図７Ｂに、ハニカム構造体１の断面が楕円形の実施形態における、外周壁７に通じるスリット１５が存在する領域を説明する説明図を示す。ＩＳＯ強度を低下させないためには、短い方の径の５０％よりも外側の領域にスリット１５が存在していることが好ましく、２５％よりも外側の領域にスリット１５が存在していることがより好ましい。ハニカム構造体１のＩＳＯ強度が低下すると、被覆部材１１にてハニカム構造体１を被覆する被覆工程においてハニカム構造体１が破損してしまうことがある。

【0041】

図８に、外周壁７に通じないスリット１５が形成された実施形態を示す。図８に示すように、この実施形態は、隔壁４に、外周壁７に通じないスリット１５（１５ｃ）が形成されている。本実施形態では、スリット１５ｃは、軸方向に垂直な断面が十字状に形成されている。このスリット１５ｃは、外周壁７に通じていないため、ＩＳＯ強度を低下させにくい。また、スリット１５ｃは、第一の流体の圧力損失の低下を防止し、第一の流体の流量を増加させることができる。外周壁７に通じないスリット１５ｃの形状は、本実施形態に限定されない。

【0042】

図９は、ハニカム構造体１の軸方向の一部にスリット１５が形成されている実施形態を示す模式図である。外周壁７のスリット１５は、軸方向において、ハニカム構造体１の全長にわたらず一部に形成されていてもかまわない。このようなスリット１５を形成しても、第一の流体の流れを向上させつつ、熱応力を緩和することができる。本実施形態では、スリット１５の加工時間を短縮することができるため、コストを低減することができる。

【0043】

図１０に、ハニカム構造体１が被覆部材１１である金属管１２内に直列に複数配置されており、少なくとも第一の流体の入口側のハニカム構造体１の外周壁７にスリット１５が形成されている実施形態を示す。本実施形態では、ハニカム構造体１が直列に、かつ、ハニカム構造体１同士が隙間１７をあけて配置されている。ハニカム構造体１同士が隙間１７をあけて接続されていることにより、ハニカム構造体１同士に隙間１７がない場合に比べて、セル３内を流通する第一の流体が、隙間１７において混合され、流れの状態が乱流化する。これにより、第一の流体から隔壁４および外周壁７への熱伝達が促進され、熱交換効率が向上する。また、入口側のハニカム構造体１の外周壁７にスリット１５が形成されていることから、第一の流体の流れを向上させつつ、熱応力を緩和することができる。

【0044】

また、金属管１２とハニカム構造体１との間に、グラファイトシートからなる中間材１３を挟んだ状態で、焼きばめにより一体化することも好ましい。グラファイトシートからなる中間材１３を挟んで焼きばめすることにより、使用時の常温〜１５０℃の環境において、グラファイトシートに圧がかかり、熱伝達が良好となる。

【0045】

また、金属管１２の全長がハニカム構造体１の全長よりも０．１ｍｍ以上長いことも、望ましい形態の一つである。図１０のように、ハニカム構造体１同士が隙間１７をあけて配置されている場合は、複数のハニカム構造体１の長さの合計に、隙間１７を加えた長さよりも、金属管１２の全長が０．１ｍｍ以上長いことが好ましい。図１Ｂのように、一つのハニカム構造体１が金属管１２と嵌合する場合は、ハニカム構造体１の全長よりも金属管１２の全長が０．１ｍｍ以上長いことが好ましい。すなわち、ハニカム構造体１の軸方向における端面２（図１０のように、複数のハニカム構造体１が配置されている場合は、最も入口側のハニカム構造体１の入口側の端面２ｘと、最も出口側のハニカム構造体１の出口側の端面２ｙ）が、金属管１２の内側に位置することが好ましい。金属管１２の方が長い設計とすることによって、熱交換性能を十分に発揮し易くなる。また、熱交換部材１０を用いた熱交換器３０を製作する際にも、加工が容易である。

【0046】

次に、本発明の熱交換部材１０の製造方法を説明する。まず、セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出し、ハニカム成形体を作製する。ハニカム構造体１の材料としては、前述のセラミックスを用いることができるが、例えば、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とするハニカム構造体１を製造する場合、所定量のＣ粉末、ＳｉＣ粉末、バインダー、水又は有機溶媒を混練し坏土とし、成形して所望形状のハニカム成形体を得る。

【0047】

そしてハニカム成形体を乾燥し、焼成することによって、隔壁４によってガスの流路となる複数のセル３が区画形成されたハニカム構造体１を得ることができる。スリットの加工方法について特に制限はないが、研削加工、切削加工、レーザー加工、ウォータージェット加工、放電（ＥＤＭ）加工などを用いることができる。焼成する前のハニカム成形体に対してスリットを形成することも、好ましい形態の一つである。焼成前に加工をすることによって、加工面のダメージを最小にしつつ、製造コストの上昇を抑えることができる。続いて、被覆部材１１である金属管１２を昇温させ、ハニカム構造体１を金属管１２に挿入して焼きばめにより一体化し、熱交換部材１０を形成することができる。なお、ハニカム構造体１と被覆部材１１との接合は、焼きばめ以外に、ろう付けや拡散接合等を用いてもよい。また、被覆部材１１は、金属管１２に限定されない。

【0048】

図１１に本発明の熱交換部材１０を含む熱交換器３０の斜視図を示す。図１１に示すように、熱交換器３０は、熱交換部材１０と、熱交換部材１０を内部に含むケーシング２１とによって形成されている。ハニカム構造体１のセル３が第一の流体が流通する第一流体流通部５となる。熱交換器３０は、ハニカム構造体１のセル３内を、第二の流体よりも高温の第一の流体が流通するように構成されている。また、ケーシング２１に第二の流体の入口２２及び出口２３が形成されており、第二の流体は、熱交換部材１０の金属管１２の外周面１２ｈ上を流通する。

【0049】

つまり、ケーシング２１の内側面２４と金属管１２の外周面１２ｈとによって第二流体流通部６が形成されている。第二流体流通部６は、ケーシング２１と金属管１２の外周面１２ｈとによって形成された第二の流体の流通部であり、第一流体流通部５とハニカム構造体１の隔壁４、金属管１２によって隔たれて熱伝導可能とされている。すなわち、熱交換器３０は、第一流体流通部５を流通する第一の流体の熱を隔壁４、金属管１２を介して受け取り、流通する第二の流体である被加熱体へ熱を伝達する。第一の流体と第二の流体とは、完全に分離されており、これらの流体は混じり合わないように構成されている。

【0050】

熱交換器３０は、第二の流体よりも高温である第一の流体を流通させ、第一の流体から第二の流体へ熱伝導するようにすることが好ましい。第一の流体として気体を流通させ、第二の流体として液体を流通させると、第一の流体と第二の流体の熱交換を効率よく行うことができる。つまり、本発明の熱交換器３０は、気体／液体熱交換器として適用することができる。

【0051】

以上のような構成の本発明の熱交換器３０に流通させる第一の流体である加熱体は、熱を有する媒体であれば、気体、液体等、特に限定されない。例えば、気体であれば自動車の排ガス等が挙げられる。また、加熱体から熱を奪う（熱交換する）第二の流体である被加熱体は、加熱体よりも低い温度であれば、媒体としては、気体、液体等、特に限定されない。

【実施例】

【0052】

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0053】

（ハニカム構造体の製造）
ＳｉＣや有機バインダ（メチルセルロース）や水など適量混ぜ合わせ、次いで混練して、坏土を作製した。この坏土を押出成形によって円柱状の外観を備えたハニカム形状に成形し、乾燥して成形体を得た。続いて、成形体をＳｉ含浸焼成することにより、主成分が炭化珪素のハニカム構造体１（直径４２ｍｍ、長さ１００ｍｍ、隔壁４の厚さ０．４ｍｍ、セル密度１５０ｃｐｓｉ）を製造した。

【0054】

（スリットの加工）
Ｓｉ含浸前の成形体またはＳｉ含浸焼成後のハニカム構造体１の外周壁７に対して、０．３〜０．９ｍｍの砥石幅をもつダイヤモンド砥石を用いて、所定の深さのスリット加工を実施した。

【0055】

（金属管）
ステンレスの金属管１２をハニカム構造体１の外周面７ｈに焼きばめにより嵌合させて熱交換部材１０を製造した（図１Ｂ参照）。

【0056】

（ケーシング）
ステンレスからなるケーシング２１内に熱交換部材１０を配置した（図１１参照）。

【0057】

（熱交換効率試験）
上記のように、実施例、比較例の熱交換部材１０をステンレス製の容器（ケーシング）内に収容することにより作製した熱交換器３０を用いた。第一の流体を熱交換部材１０のハニカム構造体１のセル３中を通過させたときの第二の流体への伝熱効率を測定した。第一の流体として、窒素ガス（Ｎ_２）を用いて、ハニカム構造体１の第一流体流通部５に３５０℃でＳＶ（空間速度）５００００^ｈ−１にてセル３内に流した。また、第二の流体として水を用いて、ケーシング内の第二流体流通部６に４０℃で１０Ｌ／ｍｉｎの流量を流した。熱交換部材１０のセル３の入口より２０ｍｍ上流を流れる第一の流体の温度を「入口ガス温」、セル３の出口より２００ｍｍ下流を流れる第一の流体の温度を「出口ガス温」とした。ケーシング２１の入口を通過する水の温度を「入口水温」とした。
熱交換効率（％）＝（入口ガス温−出口ガス温）／（入口ガス温−入口水温）×１００

【0058】

（耐熱試験）
第一の流体として、５００℃の窒素ガス（Ｎ_２）、第二の流体として、２０℃の水を用いた。

【0059】

（アイソスタティック強度（ＩＳＯ強度）の評価）
ハニカム構造体１の外周面７ｈに、厚さ０．５ｍｍのウレタンゴム製のシートを巻き付け、更に、ハニカム構造体１の両端面２に、円形のウレタンゴム製のシートを挟んで、厚さ２０ｍｍのアルミニウム製の円板を配置した。アルミニウム製の円板、及びウレタンゴム製のシートは、ハニカム構造体１の端面２の半径と同じ半径のものを用いた。アルミニウム製の円板の外周に沿ってビニールテープで巻くことにより、アルミニウム製の円板の外周とウレタンゴム製のシートとの間を封止して、試験用サンプルとした。作製した試験用サンプルを水の入った圧力容器に入れた。そして０．３〜３．０ＭＰａ／分の速度で圧力を上昇させて３．０ＭＰａの静水圧を試験用サンプルにかけ、ハニカム構造体１の破壊及びクラックの発生を確認した。クラックの発生の有無は、試験中の破壊音の確認と、試験後にハニカム構造体１の外観を目視することによって行った。

【0060】

【表1】

【0061】

表１に示すように、外周壁７にスリット１５を形成した実施例１〜５は、耐熱試験やアイソスタティック強度に問題はなかった。また、熱交換効率は、比較例１と同等以上となった。一方、スリット１５を形成していない比較例１は、耐熱試験において割れが発生した。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明の熱交換部材は、加熱体（高温側）と被加熱体（低温側）で熱交換する用途に使用することができる。特に、加熱体または被加熱体の少なくとも一方が液体の場合に好適である。自動車分野で排ガスから排熱回収用途で使用する場合は、自動車の燃費向上に役立てることができる。

【符号の説明】

【0063】

１：ハニカム構造体、２，２ｘ，２ｙ：（軸方向の）端面、３：セル、３ｐ：パーシャルセル、３ｑ：完全セル、４：隔壁、５：第一流体流通部、６：第二流体流通部、７：外周壁、７ｈ：（ハニカム構造体の）外周面、１０：熱交換部材、１１：被覆部材、１２：金属管、１２ｈ：（金属管の）外周面、１３：中間材、１５：スリット、１５ａ：（外周壁の）スリット、１５ｂ：（隔壁の）スリット、１５ｃ：（外周壁に通じない）スリット、１５ｔ：スリットの幅、１７：隙間、２１：ケーシング、２２：（第二の流体の）入口、２３：（第二の流体の）出口、２４：（ケーシングの）内側面、３０：熱交換器。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】