(57)【要約】【課題】従来の熱交換体、熱交換器等と比べて高い熱交換効率を有し、小型化、軽量化、低コスト化を実現する熱交換器、及びその製造方法を提供する。【解決手段】熱交換体１は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造の第一流体流通部５と、セラミックスの隔壁４により仕切られて軸方向と直交する方向に貫通し、第二の流体が流通し、流通する第二の流体である被加熱体へ熱を伝達する第二流体流通部６とが、交互に複数一体として形成されている。そして、第一流体流通部５側のセル３が第二流体流通部６側のセル３より小さく、隔壁の密度が０．５〜５ｇ／ｃｍ３、かつ隔壁の熱伝導率が１０〜３００Ｗ／ｍＫである。【選択図】図１
2010271031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造の第一流体流通部と、
セラミックスの隔壁により仕切られて軸方向と直交する方向に貫通し、前記第一流体流通部と前記隔壁によって隔たれて熱伝導可能とされており、第二の流体が流通し、前記第一流体流通部を流通する前記第一の流体の熱を前記隔壁を介して受け取り、流通する前記第二の流体である被加熱体へ熱を伝達するためのセルを有する第二流体流通部とが、交互に複数一体として形成され、前記第一流体流通部側の前記セルが前記第二流体流通部側の前記セルより小さく、前記隔壁の密度が０．５〜５ｇ／ｃｍ３、かつ前記隔壁の熱伝導率が１０〜３００Ｗ／ｍＫである熱交換体を備えるセラミックス熱交換器。
【請求項２】
各々の前記第二流体流通部は、仕切りの隔壁のない、または仕切りの隔壁が１〜５０本のスリット構造とされている請求項１に記載のセラミックス熱交換器。
【請求項３】
複数の前記熱交換体が、耐熱性セメントによる接合材層にて接合されている請求項１または２に記載のセラミックス熱交換器。
【請求項４】
前記隔壁を構成するセラミックスにＳｉＣが含まれている請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックス熱交換器。
【請求項５】
前記隔壁を構成するセラミックスは、Ｓｉ含浸ＳｉＣである請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックス熱交換器。
【請求項６】
前記第一の流体が気体であり、第二の流体が液体である請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミックス熱交換器。
【請求項７】
前記第一流体流通部の壁面に触媒が担持されている請求項１〜６のいずれか１項に記載のセラミックス熱交換器。
【請求項８】
セラミック成形原料を押出して、セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通する、流体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体を成形し、
複数のセル列のうち一部のセル列について、軸方向と直交する方向に、前記セルを形成する前記隔壁と、前記ハニカム構造体の外周壁とを貫通してスリットを形成し、
前記スリットを形成した前記セル列のセルの前記一方の端面と前記他方の端面に、目封止部材によって目封止された目封止部を形成して熱交換体を製造するセラミックス熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一の流体（高温側）の熱を第二の流体（低温側）へ熱伝達するセラミックス熱交換器、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に自動車の走行エネルギーは燃料燃焼エネルギーの２５％程度に過ぎない。残りは冷却損失（エンジン冷却水３０％）、排気損失（排ガス３０％）等のエネルギー損失となる。２０１０年以降、自動車分野においてはＣＯ２削減が厳しくなり、燃費規制が強化される。そのため、自動車会社では自動車燃費向上のためのエネルギー損失低減策として、排気損失低減、例えば排熱回収技術に取組んでいるところが多い。
【０００３】
特許文献１には、セラミックス製の主体の一端面から他端面にわたり加熱体流路を配設するとともに、加熱体流路間に直交する方向に被加熱体流路を形成したセラミックス製熱交換体が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、内部に加熱流体流路と非加熱流体流路とが形成されたセラミックス製の熱交換体の複数個を、互いの接合面間に未焼成セラミックス質からなる紐状シール材を介在させてケーシング内に配設したセラミックス製熱交換器が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、外筒内の冷却媒体が高温になることを防止できる排気系熱交換器が開示されている。また、特許文献４には、簡易な構造で熱応力を緩和できる排気熱回収器が開示されている。さらに、特許文献５には、熱交換効率を向上させ、熱交換器を小型化し、組み付け容易な構造としてコストを押えることができる排気ガス熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−２４９９７号公報
【特許文献２】特公昭６３−６０３１９号公報
【特許文献３】特開２００７−２８５２６０号公報
【特許文献４】特開２００７−３３２８５７号公報
【特許文献５】特開２００６−２８４１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２は、いずれもスリット構造の流路から加熱流体が入り、ハニカム構造の流路から被加熱体が入る構造であり、加熱流体の圧力損失の影響を小さくする方向になっていたが、熱交換に関しては効率良い構造とはいえなかった。
【０００８】
特許文献３は、冷却水熱交換路が排ガス熱交換路の周囲に配置した構造となっているが、排ガス流路の中心部ほど熱交換し難く、全体として熱交換率が低かった。また、特許文献４では、蒸発部（第１の熱交換部）、伝熱フィン、凝縮部（第２の熱交換部）により構成されるが、熱交換を直接行うものでなく、伝熱フィンを介して熱交換するために熱交換効率が低かった。一方、特許文献５では、排気ガスが通過する経路に平板を複数枚積層した熱交換コア部を形成し、その厚み方向に貫通する冷却液流路を形成しているが、排ガスは平板と平板の間を流れるため、特許文献３、４と比較すれば熱交換効率は高いものの、排気ガスから平板へ熱伝達するには接触面積が必ずしも大きくはなく、排気ガスと冷却液が十分に熱交換できるとはいえなかった。
【０００９】
本発明の課題は、従来の熱交換体、熱交換器等と比べて高い熱交換効率を有し、小型化、軽量化、低コスト化を実現する熱交換器、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、第一の流体である加熱体が流通する第一流体流通部と、第二の流体である被加熱体へ熱を伝達する第二流体流通部とが、交互に複数一体として形成されている熱交換体を備えるセラミックス熱交換器により上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下のセラミックス熱交換器、及びその製造方法が提供される。
【００１１】
［１］  セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造の第一流体流通部と、セラミックスの隔壁により仕切られて軸方向と直交する方向に貫通し、前記第一流体流通部と前記隔壁によって隔たれて熱伝導可能とされており、第二の流体が流通し、前記第一流体流通部を流通する前記第一の流体の熱を前記隔壁を介して受け取り、流通する前記第二の流体である被加熱体へ熱を伝達するためのセルを有する第二流体流通部とが、交互に複数一体として形成され、前記第一流体流通部側の前記セルが前記第二流体流通部側の前記セルより小さく、前記隔壁の密度が０．５〜５ｇ／ｃｍ３、かつ前記隔壁の熱伝導率が１０〜３００Ｗ／ｍＫである熱交換体を備えるセラミックス熱交換器。
【００１２】
［２］  各々の前記第二流体流通部は、仕切りの隔壁のない、または仕切りの隔壁が１〜５０本のスリット構造とされている前記［１］に記載のセラミックス熱交換器。
【００１３】
［３］  複数の前記熱交換体が、耐熱性セメントによる接合材層にて接合されている前記［１］または［２］に記載のセラミックス熱交換器。
【００１４】
［４］  前記隔壁を構成するセラミックスにＳｉＣが含まれている前記［１］〜［３］のいずれかに記載のセラミックス熱交換器。
【００１５】
［５］  前記隔壁を構成するセラミックスは、Ｓｉ含浸ＳｉＣである前記［１］〜［４］のいずれかに記載のセラミックス熱交換器。
【００１６】
［６］  前記第一の流体が気体であり、第二の流体が液体である前記［１］〜［５］のいずれかに記載のセラミックス熱交換器。
【００１７】
［７］  前記第一流体流通部の壁面に触媒が担持されている前記［１］〜［６］のいずれかに記載のセラミックス熱交換器。
【００１８】
［８］  セラミック成形原料を押出して、セラミックスの隔壁により仕切られて一方の端面から他方の端面まで軸方向に貫通する、流体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体を成形し、複数のセル列のうち一部のセル列について、軸方向と直交する方向に、前記セルを形成する前記隔壁と、前記ハニカム構造体の外周壁とを貫通してスリットを形成し、前記スリットを形成した前記セル列のセルの前記一方の端面と前記他方の端面に、目封止部材によって目封止された目封止部を形成して熱交換体を製造するセラミックス熱交換器の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のセラミックス熱交換器は、排熱回収技術の内、熱と熱のやり取りをする熱交換体に注目したものであり、従来の熱交換体（熱交換器、又はそのデバイス）と比べて高い熱交換効率、小型化、軽量化、低コスト化を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の熱交換体の一実施形態を示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明の熱交換体の軸方向の端面の一実施形態を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の熱交換体の軸方向の端面の他の実施形態を示す図である。
【図３Ａ】スリットが形成された外周壁側から見た一実施形態を示す図である。
【図３Ｂ】スリットが形成された外周壁側から見た他の実施形態を示す図である。
【図４】複数の熱交換体が接合された実施形態を示す図である。
【図５】熱交換体を内部に載置した本発明のセラミックス熱交換器の一実施形態を示す図である。
【図６】隔壁の厚さが一部異なる熱交換体の実施形態を示す図である。
【図７Ａ】熱交換体の隔壁の軸方向の端面をテーパー面とした実施形態を示す、第一の流体の入口側から見た図である。
【図７Ｂ】熱交換体の隔壁の軸方向の端面をテーパー面とした実施形態を示す、軸方向に平行な面で切断した断面図である。
【図８Ａ】異なる大きさのセルが形成された熱交換体の実施形態を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａの実施形態の分解斜視図である。
【図８Ｃ】異なる大きさのセルが形成された円柱状の熱交換体の実施形態を示す分解斜視図である。
【図８Ｄ】セルの大きさを変化させた熱交換体の実施形態を示す図である。
【図８Ｅ】隔壁の厚さを変化させた熱交換体の実施形態を示す図である。
【図９Ａ】第一の流体の入口側から出口側へ向かって隔壁の厚さが厚く形成されている熱交換体の実施形態を示す図である。
【図９Ｂ】第一の流体の入口側から出口側へ向かって第一流体流通部が漸次狭くなる熱交換体１の実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】熱交換体のセルを六角形状とした実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】熱交換体のセルを八角形状とした実施形態を示す図である。
【図１１】セルの角部にＲ部を形成した熱交換体の実施形態を示す図である。
【図１２Ａ】セル内に突出したフィンを有する熱交換体の実施形態を示す図である。
【図１２Ｂ】セル内に突出したフィンを有する熱交換体の他の実施形態を示す図である。
【図１３Ａ】一部のセル構造を密にした熱交換体の実施形態を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの実施形態の分解斜視図である。
【図１３Ｃ】異なる大きさのセルが形成された円柱状の熱交換体の実施形態を示す分解斜視図である。
【図１３Ｄ】セル密度が漸次変化する熱交換体の実施形態を示す図である。
【図１３Ｅ】壁厚の変更によって、セル構造を変えた熱交換体の実施形態を示す図である。
【図１４Ａ】前段の熱交換体と、後段の熱交換体の隔壁の方向をオフセットさせている熱交換器の実施形態を示す図である。
【図１４Ｂ】前段の熱交換体と、後段の熱交換体の隔壁の位置をオフセットさせている熱交換器の実施形態を示す図である。
【図１５】前段の熱交換体のセル密度よりも後段の熱交換体のセル密度が密である熱交換器の実施形態を示す図である。
【図１６】前段の熱交換体のセル密度は、内側が密、外周側が粗、後段の熱交換体のセル密度は、内側が粗、外周側が密とされた構成の熱交換器の実施形態を示す図である。
【図１７Ａ】複数の熱交換体が配置されており、それぞれの熱交換体は、半円の２つのセル密度が異なる領域が形成され、前段と後段の熱交換体のセル密度分布が異なるように配置された熱交換器の実施形態を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ａの実施形態の分解斜視図である。
【図１７Ｃ】角柱の２つのセル密度が異なる領域が形成された熱交換体の実施形態を示す図である。
【図１８Ａ】前段の熱交換体は、外周側が目封止され、後段の熱交換体は、内側が目封止された構成の熱交換器の実施形態を示す図である。
【図１８Ｂ】一方が目封止され一方が目封止されていない角柱が組み合わされた熱交換体を前段と後段に配置した熱交換器の実施形態を示す図である。
【図１９Ａ】第一流体流通部の入口と出口を互い違いに目封じした熱交換体の実施形態を示す図である。
【図１９Ｂ】図１９ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。
【図２０】第一流体流通部内に多孔質壁が形成された実施形態を示す図であり、第一流体流通部の断面図である。
【図２１】軸方向に垂直な断面において、中心から外周に向かって、第一流体流通部を形成する隔壁の厚さを漸次厚くした熱交換体の実施形態を示す図である。
【図２２】外形が楕円形で、一方の隔壁が厚く形成されたハニカム構造体を用いた熱交換体の実施形態を示す図である。
【図２３】熱交換体を形成するハニカム構造体の外周壁を、セルを形成する隔壁よりも厚くした実施形態を示す図である。
【図２４】熱交換体を形成するハニカム構造体の外形を扁平型にした実施形態を示す図である。
【図２５Ａ】第一の流体の入口側の端面を傾斜させた実施形態を示す斜視図である。
【図２５Ｂ】第一の流体の入口側の端面を傾斜させた他の実施形態を示す斜視図である。
【図２５Ｃ】第一の流体の入口側の端面を傾斜させた、さらに他の実施形態を示す斜視図である。
【図２６】熱交換体を形成するハニカム構造体の第一の流体の入口側の端面を凹面形状に形成した実施形態を示す図である。
【図２７】熱交換体の第一の流体の入口側に第一流体流通部を形成するセルと同形状と断熱板を配置した熱交換器の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の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。
【００２２】
図１は、本発明のセラミックス熱交換器１０が備える熱交換体１の斜視図である。熱交換体１は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し、第一の流体である加熱体が流通する複数のセルを有するハニカム構造の第一流体流通部５（高温側）と、多孔質の隔壁４により仕切られて軸方向と直交する方向に貫通し、第二の流体が流通し、流通する第二の流体である被加熱体へ熱を伝達する第二流体流通部６（低温側）とが、交互に複数一体として形成されている。そして、第一流体流通部５側のセル３が第二流体流通部６側のセル３（図１の実施形態では、第二流体流通部６側のセル３は、スリットとされている）より小さく、隔壁４の密度が０．５〜５ｇ／ｃｍ３、かつ隔壁４の熱伝導率が１０〜３００Ｗ／ｍＫである。第一流体流通部５側のセル３を第二流体流通部６側のセル３より小さくする方が、逆に大きくする方より熱交換効率の点で優れる。これは、第一流体（高温側）のセル３が小さいと隔壁４への熱伝達がよりし易くなるためで、このセル３の大小関係が熱伝達に重要な要素になる。つまり、第一流体流通部５側のセル３を第二流体流通部６側のセル３より小さく構成することにより、熱交換の効率を向上させることができる。
【００２３】
各々の第一流体流通部５は、セラミックスの隔壁４により仕切られた軸方向に貫通する複数のセル３を有したハニカム構造とされていることが好ましい。
【００２４】
各々の第二流体流通部６は、セラミックスの仕切りの隔壁４のない、または仕切りの隔壁４（スリット間隔壁１４（図３Ｂ参照））が少数（１〜５０本）形成されたスリット構造とされていることが好ましい。第二流体流通部６は、第一流体流通部５と隔壁４によって隔たれて熱伝導可能とされており、第二の流体が流通し、第一流体流通部５を流通する第一の流体の熱を隔壁４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。
【００２５】
ハニカム構造の場合、流体がセル３の中を通り抜ける時には、流体は隔壁４により別のセル３に流れ込むことが出来ず、入口から出口へと直線的に流体が進む。一方、スリット構造の場合、例えば、図３Ｂに示すような２本のスリットは内部を見ると隔壁４が無く、同じ列のスリットはそれぞれ繋がっており、流体の入口とは別のスリット出口に流体が通り抜けることができる。つまり、同じ列のスリット同士は内部で繋がっている。但し、別の列のスリット同士は隔壁４のため、流体が通り抜けることができない。
【００２６】
本発明の熱交換体１は、第一の流体（加熱体）が流通するハニカム構造の第一流体流通部５（高温側）と、熱を伝達する第二の流体（被加熱体）が流通する第二流体流通部６（低温側）とが形成された構造のセグメントにより構成される。熱交換を効率的に行うためには、第一流体流通部５はハニカム構造体がより好ましい。ハニカム構造体は、隔壁４によって流路となる複数のセル３が区画形成されており、セル形状は、円形、楕円形、三角形、四角形、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。尚、熱交換体１を大きくしたい場合は、セグメントが複数接合されたモジュール構造とすることができる。一方、第二の流体（被加熱体）が流通する第二流体流通部６（低温側）は、スリット形状（１列に１本、又は複数本）であることが好ましく、特に第二流体流通部６の形状は限定されない。
【００２７】
本発明の熱交換体１であるセグメントの形状は四角柱であるが、形状としてはこれに限定されるものでなく、円筒等の他の形状であってもよい。
【００２８】
本発明の熱交換体１であるセグメントのセル密度（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／ｃｍ２）の範囲であることが好ましい。セル密度が２５セル／平方インチより小さくなると、隔壁４の強度、ひいては熱交換体１自体の強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）が不足するおそれがある。一方、セル密度が２０００セル／平方インチを超えると、熱媒体が流れる際の圧力損失が大きくなるおそれがある。
【００２９】
本発明の熱交換体１であるセグメントのセル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未満とすると、機械的強度が低下して衝撃や熱応力によって破損することがある。一方、２ｍｍを超えると、ハニカム構造体側に占めるセル容積の割合が低くなり、熱媒体が透過する熱交換率が低下するといった不具合が発生するおそれがある。
【００３０】
図２Ａに、一実施形態の熱交換体１であるセグメントの軸方向の一方の端面２から見た図を示す。図２Ａに示すように、熱交換体１は、セラミックスの隔壁４によって区画された流体の流路となる複数のセル３を有し、軸方向の一方の端面２が、１列おきに目封止されている。また、他方の端面２も一方の端面２と同じセル３が、図２Ａと同様に目封止されている。そして、目封止されたセル３の内側は、目封止されたセル３同士を隔てる隔壁４が取り除かれ、スリット状に形成されている（図３Ａ参照）。つまり、第二流体流通部６は、軸方向の端面２が目封止材により目封止され、目封止部１３が形成されている。
【００３１】
図２Ｂに、他の実施形態の熱交換体１の軸方向の一方の端面２から見た図を示す。図２Ｂに示すように、熱交換体１は、セラミックスの隔壁４によって区画された流体の流路となる複数のセル３を有し、軸方向の一方の端面２が、１列おきに目封止されている。また、他方の端面２も一方の端面２と同じセル３が、図２Ａと同様に目封止されている。そして、目封止されたセル３の内側は、目封止されたセル３同士を隔てる隔壁４が取り除かれ、スリット状に形成されている（図３Ａ参照）。また、目封止されていないセル３については、セル３同士を隔てる隔壁４の一部が取り除かれ、大きめのセル３とされている。言い換えると、目封止されていない列は、少なくとも１つ以上の隔壁４が存在したハニカム構造に形成されている。図２Ｂのような構成とすると、流体の圧力損失がより小さく、流路が長いセグメントには有効になる。つまり、第一の流体を大量に流すことができる。
【００３２】
図３Ａに、スリットが形成された外周壁７側から見た一実施形態を示す。図３Ａに示すように、熱交換体１には、外周壁７の軸方向に垂直な方向における一方の端面１２から他方の端面１２へと貫通するスリットが形成され、スリットが第二流体流通部６とされる。スリットは、軸方向の一方の端面２と他方の端面２が目封止されたセル３の隔壁４を取り除くことにより形成されている。つまり、スリットは、目封止されたセル３のセル列と同方向に形成されている。端面２が目封止されていないセル３は、図２Ａに示すように、隔壁４が形成されている状態となっている。あるいは、図２Ｂに示すように、外周壁７を残して、目封止されていないセル３同士を隔てる隔壁４を取り除く構成とすることもできる。
【００３３】
図３Ｂに、スリットが形成された外周壁７側から見た他の実施形態を示す。図３Ｂに示すように、熱交換体１には、外周壁７の軸方向に垂直な方向における一方の端面１２から他方の端面１２へと貫通するスリットが形成され、軸方向中央にスリットを隔てるスリット間隔壁１４が形成されている。なお、スリット間隔壁１４の内部は、セル３の隔壁が残っている形状となっており、これにより、熱交換体１自体の構造が強固になる。つまり、熱交換体１が壊れにくくなる。スリットが長くなると強度が下がり折れる可能性があるが、スリット間隔壁１４を形成することにより、言い換えるとセル壁面を残すことにより強度アップを図ることができる。スリットは、軸方向の一方の端面２と他方の端面２が目封止されたセル３の隔壁４を取り除くことにより形成されており、端面２が目封止されていないセル３は、前述の実施形態と同様に、図２Ａまたは図２Ｂに示すようになっている。
【００３４】
熱交換体１であるセグメントは、耐熱性に優れるセラミックスを用いることが好ましく、特に伝熱性を考慮すると炭化珪素が好ましい。但し、必ずしも熱交換体１のセグメント全体が炭化珪素で構成されている必要はなく、炭化珪素が本体中に含まれていれば良い。即ち、本発明の熱交換体１は、炭化珪素を含む導電性セラミックスからなるものであることが好ましい。熱交換体１のセグメントの物性として、室温における熱伝導率１０Ｗ／ｍｋ以上３００Ｗ／ｍＫ以下が好ましいが、これに限定されるものでない。導電性セラミックスの代わりに、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ系合金等の耐蝕金属材料を用いることもできる。
【００３５】
熱交換体１のセル３の隔壁４の密度は、０．５〜５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。０．５ｇ／ｃｍ３未満の場合、隔壁４は強度不足となり、第一流体が流路内を通り抜ける際に圧力により隔壁４が破損する可能性がある。また、５ｇ／ｃｍ３を超えると、熱交換体１自体が重くなり、軽量化の特徴が損なわれる可能性がある。上記の範囲の密度とすることにより、熱交換体１を強固なものとすることができる。また、熱伝導率を向上させる効果も得られる。
【００３６】
本発明のセラミックス熱交換器１０の熱交換体１が高い熱交換率を得るためには、セグメントの材質に熱伝導が高い炭化珪素を含むものを用いた方がより好ましい。但し、炭化珪素であっても多孔体の場合は高い熱伝導率が得られないため、熱交換体１であるセグメントの作製過程でシリコンを含浸させて緻密体構造とした方がより好ましい。緻密体構造にすることで高い熱伝導率が得られる。例えば、炭化珪素の多孔体の場合、２０Ｗ／ｍＫ程度であるが、緻密体とすることにより、１５０Ｗ／ｍＫ程度とすることができる。
【００３７】
つまり、セラミック材料として、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣ等を採用することができるが、高い熱交換率を得るための緻密体構造とするためにＳｉ含浸ＳｉＣを採用することが特に望ましい。Ｓｉ含浸ＳｉＣは、ＳｉＣ粒子表面を金属珪素融体の凝固物が取り囲むとともに、金属珪素を介してＳｉＣが一体に接合した構造を有するため、炭化珪素が酸素を含む雰囲気から遮断され、酸化から防止される。さらに、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。つまり、Ｓｉ−ＳｉＣ系（Ｓｉ含浸ＳｉＣ）材料からなる熱交換体１は、耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性を初め、酸やアルカリなどに対する耐蝕性に優れた特性を示すとともに、高熱伝導率を示す。
【００３８】
さらに具体的に説明すると、熱交換体１がＳｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とする場合、Ｓｉ／（Ｓｉ＋ＳｉＣ）で規定されるＳｉ含有量が少なすぎると結合材が不足するために隣接するＳｉＣ粒子同士のＳｉ相による結合が不十分となり、熱伝導率が低下するだけでなく、ハニカム構造のような薄壁の構造体を維持し得る強度を得ることが困難となる。逆にＳｉ含有量が多すぎると、適切にＳｉＣ粒子同士を結合し得る以上に金属珪素が存在することに起因して、熱交換体１が焼成により過度に収縮してしまい、気孔率低下、平均細孔径縮小などの弊害が併発してくる点において好ましくない。したがってＳｉ含有量は、５〜５０質量％であることが好ましく、１０〜４０質量％であることが更に好ましい。
【００３９】
このようなＳｉ含浸ＳｉＣは、気孔が金属シリコンで埋められており、気孔率が０または０に近い場合もあり、耐酸化性、耐久性に優れ、高温雰囲気化での長期間の使用が可能である。一度酸化されると酸化保護膜が形成されるため、酸化劣化が発生しない。また常温から高温まで高強度を有するため、肉薄で軽量な構造体を形成することができる。さらに、熱伝導率が銅やアルミニウム金属と同程度に高く、遠赤外線放射率も高く、電気導電性があるため静電気を帯びにくい。
【００４０】
本発明のセラミックス熱交換器１０に流通させる第一の流体（高温側）が排ガスの場合、第一の流体（高温側）が通過する熱交換体１のセル３内部の壁面には、触媒が担持されていることが好ましい。これは、排ガス浄化の役割に加えて、排ガス浄化の際に発生する反応熱（発熱反応）も熱交換することが可能になるためである。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、亜鉛、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。これらは金属、酸化物、及びそれ以外の化合物であっても良い。第一の流体（高温側）が通過する熱交換体１の第一流体流通部５に担持される触媒（触媒金属＋担持体）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未満とすると、触媒作用が発現し難いおそれがある。一方、４００ｇ／Ｌを超えると、圧損が大きくなる他、製造コストが上昇するおそれがある。必要に応じて、熱交換体１のセル３の隔壁４に触媒を担持させる。触媒を担持させる場合、熱交換体１であるセグメントにマスキングを施し、熱交換体１に触媒が担持されるようにする。予め、担体微粒子となるセラミックス粉末に触媒成分を含む水溶液を含浸させた後、乾燥し、焼成することにより触媒コート微粒子を得る。この触媒コート微粒子に分散媒（水等）、その他の添加剤を加えてコーティング液（スラリー）を調製し、このスラリーを熱交換体１の隔壁４にコーティングした後、乾燥し、焼成することによって、熱交換体１のセル３の隔壁４に触媒を担持する。尚、焼成する際は、熱交換体１のマスキングを剥す。
【００４１】
図４に示すように、本発明のセラミックス熱交換器１０は、複数の熱交換体１であるセグメントが、耐熱性セメントによる接合材層８にて接合されているような構成とすることができる。本発明の熱交換体１であるセグメントを接合してモジュール化することで大型化が可能である。セグメント同士の接合は耐熱性セメントを使用する。耐熱性セメントは接着剤の役目をし、セグメントの外周壁７の、第二流体流通部６の流入口、流出口が形成された面の周囲に塗布されセグメント同士を固着する。その場合、第二流体流通部６が耐熱性セメントで塞がれないように接合材を塗布する。
【００４２】
図５に示すように、本発明のセラミックス熱交換器１０は、熱交換体１と、熱交換体１を内部に載置する熱交換体保持容器１１とを含む。熱交換体保持容器１１は、材質は特に限定されないが、加工性が良好な金属（例えば、ステンレス等）で構成することが好ましい。接続する配管を含めて構成する材質も特に限定されない。
【００４３】
図６は、熱交換体１の他の実施形態を示し、熱交換体１を第一の流体の入口側である一方の端面２から見た図である。図６に示すように、熱交換体１は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し（図１参照）、第一の流体である加熱体が流通する複数のセル３を有し、セル３を形成する隔壁４の厚さ（壁厚）が一部異なるように形成されている。すなわち、図１の熱交換体１において、隔壁４が厚い部分と薄い部分を有するように形成されている実施形態である。隔壁４の厚さ以外の構成は、図１の熱交換体１と同様であり、第二の流体は第一の流体と直交して流通するように形成されている。このように壁厚にばらつきを持たせることにより、圧力損失を下げることができる。なお、壁厚の厚い部分と薄い部分とは、規則的に配置してもよいし、図６に示すように、ランダムに配置してもよく、同様の効果が得られる。
【００４４】
図７Ａは、熱交換体１の隔壁４の軸方向の端面２をテーパー面２ｔとした実施形態を示し、第一の流体の入口側から熱交換体１の一方の端面２を見た図である。図７Ｂは、熱交換体１の隔壁４の軸方向の端面２をテーパー面２ｔとした実施形態を示す、軸方向に平行な面で切断した断面図である。図７Ａ及び図７Ｂに示すように、熱交換体１は、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通し（図１参照）、第一の流体である加熱体が流通する複数のセル３を有し、端面２がテーパー面２ｔとされている。第一の流体の入口の隔壁４の端部をテーパー面２ｔとすることにより、流体の流入抵抗を下げて圧力損失を低減することができる。
【００４５】
図８Ａは、熱交換体１を第一の流体の入口側から一方の端面２を見た図であり、異なる大きさのセル３が形成された実施形態である。図８Ｂは、図８Ａの実施形態の分解斜視図である。中央部を流れる第一の流体は、流速が速いため温度が高く体積が大きく、圧力損失が大きい。そこで、中央部のセル３を大きくすることにより、圧力損失を下げることができる。図８Ａ及び図８Ｂに示す実施形態では、中央部は、目封止部１３を一部含むセル３の大きいハニカム構造体が配置され、その外周壁の端部に流体封止材１９を備えて、中央部のハニカム構造体の外周を取り囲む形で目封止部１３を一部含むセルの小さいハニカム構造体を４つ備えている。流体封止材１９により外側のハニカム構造体の第二流体流通部６から内側（中央部）のハニカム構造体の第二流体流通部６へと第二の流体を流通可能としている。
【００４６】
図８Ｃは、目封止部１３を一部含む異なる大きさのセル３が形成された円柱状の熱交換体１の実施形態を示す分解斜視図である。内側の円柱状のハニカム構造体と、外側の円柱状ハニカム構造体には、それぞれ、第一流体流通部５と第二流体流通部６が形成されており（セル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。）、内側の円柱状のハニカム構造体と、外側の円柱状ハニカム構造体との間には、流体封止材１９が備えられて一体とされている（図８Ｃは、内側のハニカム構造体と外側のハニカム構造体とを分解して描いている。）。流体封止材１９により外側のハニカム構造体の第二流体流通部６から内側のハニカム構造体の第二流体流通部６へと第二の流体を流通可能としている。
【００４７】
図８Ｄは、セル３の大きさを変化させた実施形態であり、第一の流体の入口側から一方の端面２を見た図である。図の右側から左側へ漸次セル３が大きくなるように形成されている。図の右側が第二の流体の入口側であり、第二の流体の入口側のセル３が小さく、出口側のセル３が大きく形成されている。図５に示す熱交換器１において、第一流体流通部を図８Ｄのように形成し、図８Ｄの右側から左側へ第二の流体を流通されると、第二の流体の下流側（図８Ｄの左側）は、第二の流体の温度が高いため第二の流体の下流側を流れる第一の流体の温度が高くなり圧力損失が大きいが、第二の流体の下流側のセル３を大きくすることにより、圧力損失を下げることができる。図８Ｅは、セル３の隔壁４の厚さを変化させた実施形態であり、第一の流体の入口側の一方の端面２を見た図である。図の右側から左側へ漸次セル３の隔壁４が薄くなるように形成されている。図の右側が第二の流体の入口側であり、第二の流体下流側のセル３の隔壁４を薄くすることにより、図８Ｄと同様に、圧力損失を下げることができる。
【００４８】
図９Ａは、軸方向に平行な断面で切断した断面図であり、第一の流体の入口側から出口側へ向かって（上流側から下流側へ向かって）隔壁４の厚さが厚く形成されている熱交換体１の実施形態である。また、図９Ｂは、第一の流体の入口側から出口側へ向かって（上流側から下流側へ向かって）第一流体流通部５が漸次狭くなる熱交換体１の実施形態を示す。第一流体流通部５において、第一の流体は下流に行くほど温度が低下し第一の流体の体積収縮により熱伝達が低下する。第一流体流通部５を狭くすることで接触を良くし、第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達を大きくすることができる。
【００４９】
図１に示す熱交換体１において、第一流体流通部５となるセル３の形状を図１０Ａに示すように六角形状とすることができる。また、図１０Ｂに示すように、第一流体流通部５となるセル３の形状を八角形状とすることもできる。このようにすることにより、角部の角度が広がるため、流体のよどみ等が少なくなり境膜厚さ（第一の流体の温度境界層厚さ）を薄くでき第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数が大きくなる。
【００５０】
また、図１に示す熱交換体１において、図１１に示すように、第一流体流通部５となるセル３の角部をＲ形状としてＲ部３ｒを形成することができる。このようにすることにより、角部の角度が広がるため、流体のよどみ等が少なくなり境膜厚さを薄くでき第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数が大きくなる。
【００５１】
さらに、図１に示す熱交換体１において、図１２Ａ及び図１２Ｂ示すように、第一流体流通部５となるセル３内に突出したフィン３ｆを有するフィン構造とすることができる。フィン３ｆは、セル３を形成する隔壁４の壁面に軸方向（第一の流体の流れる方向）に延びて形成されており、フィン３ｆの形状は、軸方向に垂直な断面において、板状、半球状、三角状、多角形状等とすることができる。このようにすると、伝熱面積が増加するだけでなく、流体の流れを乱すことで境膜厚さを薄くでき、第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数が大きくなる。なお、フィン３ｆは、目封止されていないセル３のみであってもよいし、目封止されているセル３に形成されていてもよい。
【００５２】
図１３Ａに、一部のセル構造を密にした熱交換体１の実施形態を示す。図１３Ｂは、図１３Ａの実施形態の分解斜視図である。熱交換体１の中央部のセル３を流れる第一の流体は、流速が速いため温度が高い。熱交換体１の中央のセルを狭くし、熱交換体１の外側部のセル３を広くする構成とすることが好ましい。図１３Ａ及び図１３Ｂに示す実施形態では、中央部は、目封止部１３を一部含むセル３の小さいハニカム構造体が配置され、その外周壁の端部に流体封止材１９を備えて、中央部のハニカム構造体の外周を取り囲む形で目封止部１３を一部含むセル３の大きいハニカム構造体を４つ備えている。流体封止材１９により外側のハニカム構造体の第二流体流通部６から内側（中央部）のハニカム構造体の第二流体流通部６へと第二の流体を流通可能としている。
【００５３】
図１３Ｃは、目封止部１３を一部含む異なる大きさのセル３が形成された円柱状の熱交換体の実施形態を示す分解斜視図である。内側の円柱状のハニカム構造体と、外側の円柱状ハニカム構造体には、それぞれ、第一流体流通部５と第二流体流通部６が形成されており（セル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。）、内側の円柱状のハニカム構造体と、外側の円柱状ハニカム構造体との間には、流体封止材１９が備えられて一体とされている（図１３Ｃは、内側のハニカム構造体と外側のハニカム構造体とを分解して描いている。）。流体封止材１９により外側のハニカム構造体の第二流体流通部６から内側のハニカム構造体の第二流体流通部６へと第二の流体を流通可能としている。
【００５４】
また、図１３Ｄは、一部のセル構造を密にした実施形態であり、第一の流体の入口側である一方の端面２から見た図である。図の右側から左側へ漸次セル密度が大きくなるように形成されている。第一流体流通部５となるセル３は、第二の流体の入口側のセル密度が小さく、出口側のセル密度が大きく形成されている。また、図１３Ｅに、隔壁４の厚さ（壁厚）の変更によって、セル構造を変えた熱交換体１の実施形態を示す。第一流体流通部５となるセル３は、図の右側の第二の流体の入口側のセル密度が小さく、図の左側の出口側のセル密度が大きく形成されている。図５に示す熱交換器１において、第一流体流通部５を図１３Ｄ（または図１３Ｅ）のように形成し、図１３Ｄ（または図１３Ｅ）の右側から左側へ第二の流体を流通させると、第二の流体下流側（図１３Ｄ（または図１３Ｅ）の左側）を流れる第一の流体は、第二の流体の温度が高いため温度が高くなり圧力損失が大きいが、第一流体流通部５のセル３の第二の流体の下流側のセル密度を大きくすることにより、伝熱面積を広くすることができる。または隔壁４の厚さを厚くすることで、全熱伝達量を多くすることができる。
【００５５】
図１４Ａに、第一の流体の流れる方向に直列に複数の熱交換体１が配置され、前段（上流側）の熱交換体１のセル３を形成する隔壁４と、後段（下流側）の熱交換体１のセル３を形成する隔壁４との方向をオフセットさせている熱交換器１０の実施形態を示す。本実施形態においても、セル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。図１４Ｂに隔壁４の位置をオフセットさせている熱交換器１０の実施形態を示す。このように熱交換器１０を複数の熱交換体１の隔壁４の方向、位置等がオフセットされている構成とすることにより、壁位置がオフセットされた箇所で流体の流れを乱すことができる。このため、境膜厚さを薄くすることができ、第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数を大きくすることができる。
【００５６】
図１５に、複数の熱交換体１が第一の流体の流れる方向に直列に配置され、前段（上流側）の熱交換体１のセル密度よりも、後段（下流側）の熱交換体１のセル密度を密にした構成の熱交換器１０の実施形態を示す。本実施形態においても、セル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。第一流体流通部５を流通する第一の流体は、下流に行くほど温度が低下し、第一の流体の体積収縮により熱伝達が低下する。本実施形態では、後段（下流側）の熱交換体１のセル密度を密にするよう配置することで伝熱面積を大きくし、第一の流体と隔壁４の壁面との熱伝達を大きくすることができる。
【００５７】
図１６に、セル密度分布が異なる領域が形成されている複数の熱交換体１が第一の流体の流れる方向に直列に配置されて構成された熱交換器１０の実施形態を示す。各熱交換体１は、図８Ｃ及び図１３Ｃに示されるような構成とされている。具体的には、周方向において内側（中心側）と外周側と２つの領域が形成され、前段（上流）の熱交換体１のセル密度は、内側が密、外周側が粗、後段（下流側）の熱交換体１のセル密度は、内側が粗、外周側が密とされた構成の実施形態である。前後のセル密度分布を変えたセル構造で流体の流れを乱すことで境膜厚さを薄くでき、第一の流体と隔壁４の壁面との熱伝達係数を大きくすることができる。なお、セル密度の異なる領域は、２領域に限定されず、３領域以上であってもよい。
【００５８】
図１７Ａは、目封止部１３を一部含むセル密度分布が異なる領域が形成されている複数の熱交換体１が第一の流体の流れる方向に直列に配置された熱交換器１０の実施形態である。図１７Ｂは、図１７Ａの実施形態の分解斜視図である。本実施形態においても、各領域のセル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。具体的には、半円の２つの領域が形成され、熱交換体１であるハニカム構造体を直列に配置する際、前段（上流側）と後段（下流側）のハニカム構造体の左右（又は上下）のセル密度分布を変えている。前段の熱交換体１のセル密度は、一方側（図の右側）が密、他方側（図の左側）が粗、後段の熱交換体１のセル密度は、他方側（図の左側）が密、一方側（図の右側）が粗とされた構成の実施形態である。つまり、前段の熱交換体と後段の熱交換体は、対応する位置におけるセル密度が異なるため、言い換えると、前段と後段のセル密度分布を変えたセル構造であるため、流体の流れを乱すことができる。このため境膜厚さを薄くすることができ、第一の流体と隔壁４の壁面との熱伝達係数を大きくすることができる。図１７Ｃに示すように、四角状の２つの領域が形成されたハニカム構造体からなる熱交換体１でもよい。図１７Ｃに示す熱交換体１を、図１７Ａのように直列に配置する際、前段（上流側）と後段（下流側）のハニカム構造体の左右（又は上下）のセル密度分布を変えて構成することにより、流体の流れを乱し、熱伝達係数を大きくすることができる。
【００５９】
図１８Ａに、複数の熱交換体１が第一の流体の流れる方向に直列に配置されており、前段と後段における第一の流体の流路が変化するように構成されている熱交換器１０の実施形態を示す。具体的には、周方向において内側（中心側）と外周側と２つの領域が形成され、前段の熱交換体１は、外周側が全て目封止、内側が一部目封止され（内側のセル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。）、後段の熱交換体１は、内側が全て目封止、外周側が一部目封止された構成（外周側のセル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。）の実施形態である。このように構成することにより、流体の流れを乱すことができる。このため境膜厚さを薄くすることができ、第一の流体と隔壁の壁面との熱伝達係数を大きくすることができる。図１８Ｂは、一方が全て目封止され他方が一部のみしか目封止されていない角柱が組み合わされた熱交換体１を前段と後段に配置した熱交換器の実施形態を示す図である。前段は、下側の領域が全て目封止され、後段は、上側に領域が全て目封止されている。これにより、第一の流体の流れを変化させることができる。
【００６０】
図１９Ａに、第一流体流通部５の入口と出口を互い違いに目封じした熱交換体１の実施形態を示す。図１９Ｂは、図１９ＡにおけるＡ−Ａ断面図である。隔壁４の材料を隔壁４の場所によって異なるようにして、入口から流入した第一の流体が、隔壁４内を通過し出口から流出するように構成する。これにより、第一の流体の集熱を壁表面でなく多孔質の隔壁４の内部で行う。２次元表面でなく３次元的に集熱することができるので、伝熱面積が大きくすることができる。
【００６１】
図２０に、第一の流体の流路である第一流体流通部５内に多孔質壁１７が形成された実施形態を示す。図２０は、第一流体流通部５の断面図である。第一流体流通部５内の多孔質壁の気孔率は、第一流体流通部５と第二流体流通部６間の隔壁４の気孔率に比べて大きく形成されている。そのため、本実施形態では、第一の流体が多孔質壁１７を通過し出口から排出される。２次元表面でなく３次元的に集熱することができるので、同じ体積であっても伝熱面積を大きくすることができる。または、熱交換体１を小型化することが出来る。
【００６２】
図２１に、軸方向に垂直な断面において、中心から外周に向かって、第一流体流通部５を形成する隔壁４の厚さ（壁厚）を漸次厚くした熱交換体１の実施形態を示す。同じ熱交換体の大きさの時フィン効率は壁厚が厚いほど高くなる。セル中央部から集めた熱を伝えるパスを厚くしていくことで、壁内の熱伝導を増加させることができる。
【００６３】
図２２に、外形が楕円形のハニカム構造体を用いた熱交換体１の実施形態を示す。本実施形態では、短軸側に延びる隔壁４の厚さが厚く形成されている。フィン効率は隔壁４の厚さが厚いほど高くなるので、第二の流体の直交する側に太い壁厚を配し第一の流体の熱を第二の流体に伝えられる様にすることで全体の熱伝導を増加させる。また全体を厚くすることに比べて、圧力損失を下げることができる。熱交換体１の形状を長方形に形成することも可能である。
【００６４】
図２３に熱交換体１を形成するハニカム構造体の外周壁７を、セル３を形成する隔壁４よりも厚くした実施形態を示す。中央部セル３に比べて外周壁７が厚いことにより、構造体としての強度を高くすることができる。本実施形態においても、セル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。
【００６５】
図２４に熱交換体１を形成するハニカム構造体の外形を扁平型にした実施形態を示す。円に比べて短軸部では伝熱パスを短くできるとともに、ハニカム構造体の外形を角構造にしたときよりも水路圧損が小さい。
【００６６】
図２５Ａ〜図２５Ｃにハニカム構造体の第一の流体の入口側の端面２を斜めに形成した実施形態を示す。入口を斜めにすることにより、第一の流体の高温部分の接する面積が広くなり全伝熱面積が大きくなる。また、出口側の端面を斜めに形成することもでき、この場合、圧力損失を低下させることができる。
【００６７】
図２６に、熱交換体１を形成するハニカム構造体の第一の流体の入口側の端面２を凹面形状に形成した実施形態を示す。第一の流体の入口を凹面にすることで第一の流体の高温部分が後方に伸び、ハニカム後方部分の第二の流体との熱交換効率が高くなる。また凹面にすることで表面での熱応力を圧縮応力にすることができ、高い破壊強度を維持することができる。
【００６８】
図２７に、熱交換体１の第一の流体の入口側に第一流体流通部５を形成するセル３と同形状と断熱板１８を配置した熱交換器１０の実施形態を示す。第一の流体側入口の開口率が小さいため、断熱板を配置しない場合、第一の流体が入口側端面に接触すると、入口壁面で熱がロスしてしまう。入口に合わせて同じ形状の断熱板を配置することで、第一の流体が熱を保持したままでハニカム内部に入るようにし、第一の流体の熱をロスしないようにする。本実施形態においても、セル３は、例えば、図２Ａと同じように目封じされ、各流通部が形成されている。
【００６９】
以上のような構成の本発明のセラミックス熱交換器１０に流通させる第一の流体である加熱体としては、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。取扱いを考慮すると水が好ましいが、特に水に限定されない。
【００７０】
以上のように、熱交換体１が高い熱伝導性を持ち、隔壁４によって流路となる箇所が複数あることで、高い熱交換率が得られる。このため、熱交換体１全体を小型化でき、車載化も可能となる。また、第一の流体（高温側）、第二の流体（低温側）に対して圧力損失が小さい。
【００７１】
次に、本発明のセラミックス熱交換器１０の製造方法を説明する。まず、セラミック成形原料を押出して、セラミックスの隔壁４により仕切られて一方の端面２から他方の端面２まで軸方向に貫通する、流体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を成形する。そして、複数のセル列のうち一部のセル列について、軸方向と直交する方向に、セル３を形成する隔壁４と、ハニカム構造体の外周壁７とを貫通してスリットを形成し、スリットを形成したセル列のセル３の一方の端面２と他方の端面２に、目封止部材によって目封止された目封止部１３を形成して熱交換体１を製造する。
【００７２】
具体的には、以下のように製造することができる。セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥し、焼成することによって、ハニカム構造体セグメントを得る。これにより、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セグメント（直方体）を得ることができる。
【００７３】
熱交換体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セグメントを製造する場合、まず、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、成形して所望形状の成形体を得る。次いで、この成形体を、金属Ｓｉ雰囲気下、減圧の不活性ガス又は真空中に置き、成形体中に金属Ｓｉを含浸させる。
【００７４】
なお、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣ等を採用した場合も、成形原料を坏土化し、この坏土を成形工程において押出成形することにより、隔壁４によって区画された排ガスの流路となる複数のセル３を有するハニカム形状の成形体を成形することができる。これを乾燥、焼成することにより、ハニカム構造体として形成されたセグメント（ハニカム構造体セグメント）の熱交換体１を得ることができる。
【００７５】
次に作製したハニカム構造体セグメントを切出して、ハニカム構造体セグメントの横に１セル列おきにスリットを形成する。そして、ハニカム構造体側の切出し面（端面２）について、スリットのあるセル列毎の目封止を行う。目封止材は、ハニカム構造体セグメントと同一組成であることが好ましい。セグメントが炭化珪素（ＳｉＣ）であれば、目封止材も炭化珪素が好ましい。その後、目封止付ハニカム構造体（セグメント）を水素雰囲気中で焼成することにより、熱交換体１であるセグメントを作製することができる。
【００７６】
以上のように、押出し成形で製造したハニカム構造体のセグメントから、側面（外周壁７）をスリット加工して第二流体流通部６を形成し、第一流体流通部５に目封止をすることで低コストに製造することができ、熱交換体１のサイズを大きくした場合は、モジュール化も容易になる。
【００７７】
本発明の熱交換体１は、第一の流体（高温側）と第二の流体（低温側）とがクロスフローとなっており、第一の流体（高温側）と第二の流体（低温側）との間で従来と比べて高い熱交換効率を示すため、熱交換器１０自体を小型化できる。更に、押出し成形による一体型から製造することができるために低コスト化できる。熱交換体１は、第一の流体が気体であり、第二の流体が液体である場合に、好適に用いることができ、例えば、自動車の燃費向上として、排熱回収等の用途に好適に用いることができる。
【実施例】
【００７８】
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。
【００７９】
（熱交換体のセグメントの製造）
セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥し、焼成することによって、材質は炭化珪素、本体サイズが３３×３３×６０ｍｍのセグメントである熱交換体１を製造した。
【００８０】
（実施例１〜５、比較例１〜３）
実施例１〜５、比較例１〜３の熱交換体１のセグメントの構造は、表１の通りである。なお、いずれの実施例、比較例においても触媒を担持させなかった。また、第一流体流通部６の「隔壁の数」は、一列中の隔壁の数を示す（例えば、図２Ａでは、隔壁の数は、「６」、図２Ｂは、「２」である。）。
【００８１】
（熱交換体の保持容器）
熱交換体１の外側容器として、ステンレスからなる熱交換体保持容器１１を用いた。熱交換体１のクロスフロー構造に対応して、熱交換体保持容器１１に、配管を取り付けた。尚、第一の流体と第二の流体が混ざり合わないように、これら２経路は完全に隔壁４されている。
【００８２】
（第一の流体、及び第二の流体）
第一の流体、第二の流体の熱交換体１への入口温度、流量は全て同一条件とした。第一の流体として、３５０℃の窒素ガス（Ｎ２）を用いた。また、第二の流体として水を用いた。
【００８３】
（試験方法）
熱交換体１に対する窒素ガスのＳＶ（空間速度）は５０，０００ｈ−１とした。熱交換体１の第一流体流通部５にモデルガスを流し、第二流体流通部６に（冷却）水を流した。（冷却）水の流量は５Ｌ／ｍｉｎとした。比較例１の熱交換器１０は実施例１〜３の熱交換器１０と構造が異なるが、第一の流体、第二の流体の流量等の試験条件は全て同じとした。尚、比較例１の配管容積（熱交換体１部分）は、実施例１〜３の熱交換体１のセグメントの本体容積（３３ｃｃ）と同じとした。比較例１は、配管が二重構造になっており、第一の流体の流路となる配管の外周部に第二の流体の流路があるものを用いたものである。つまり、第二の流体が第一の流体の配管外側を流れている構造である。（冷却）水は配管の外側（ギャップ５ｍｍ）を流れる構成であった。比較例１の配管容積とは、第一の流体の流路となる配管を指す。
【００８４】
（試験結果）
表１に熱交換率を示す。熱交換率（％）は、第一の流体（窒素ガス）及び第二の流体（水）のΔＴ℃（熱交換体１の出口温度−入口温度）から其々エネルギー量を算出し、式１で計算した。
（式１）  熱交換率（％）＝被加熱体（第二の流体）の温度上昇エネルギー量÷加熱体（第一の流体）の温度低下エネルギー量
【００８５】
【表１】
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【００８６】
（実施例１〜３と比較例１の比較）
表１に示すように、実施例１の方が比較例１と比べて高い熱交換効率を示した。これは、比較例１の場合、（冷却）水に近い側は第一の流体（窒素ガス）と熱交換し易いものの、配管の中央部分は十分に熱交換され難く、全体として熱交換率が低かったと考える。一方、本発明は、ハニカム構造のため、第一の流体（窒素ガス）と（冷却）水とが接触する壁面積が比較例１と比べて大きく、これにより熱交換効率が高かったと考える。
【００８７】
（実施例２と実施例３の比較）
表１に示すように、実施例２の方が実施例３と比べて熱交換効率が高かった。これは、第一流体流通部５の隔壁が少ないハニカム構造（実施例３）よりは隔壁の多いハニカム構造（実施例２）の方が熱交換に優れることを示すもので、隔壁の多いハニカム構造にすることで第一の流体の接触する壁面積が増えることに起因すると考える。
【００８８】
（実施例１〜３と実施例４〜５の比較）
表１に示すように、実施例４〜５の方が実施例１〜３と比べて熱交換効率が高かった。これは、熱交換体１のセグメントへのＳｉ含浸によって緻密体となり、熱伝導率が高くなったためと考える。このことから、Ｓｉ含浸した方がより好ましいといえる。
【００８９】
（実施例１と比較例２の比較）
表１に示すように、実施例１の方が比較例２と比べて試験評価中は隔壁の破損が無かった。これは、比較例２の方が隔壁密度が小さいために強度不足が生じ、流体の内圧により比較例２では試験中に隔壁の破損が生じたと考える。このことから、隔壁密度は０．５ｇ／ｃｍ３以上がより好ましいといえる。
【００９０】
（実施例５と比較例３の比較）
表１に示すように、実施例５の方が比較例３と比べて熱交換体１の製作中に本体の破損が無かった。これは、比較例３の方が隔壁密度が高いために強度は高くなったが、逆に破損し易くなり、熱交換体１の製作中に破損が生じたと考える。このことから、熱交換体１の製作を考えると、隔壁密度は５ｇ／ｃｍ３以下がより好ましいといえる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の熱交換体は、加熱体（高温側）と被加熱体（低温側）で熱交換する用途であれば、自動車分野、産業分野であっても特に限定されない。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】
【００９２】
１：熱交換体、２：（軸方向の）端面、３：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、８：接合材層、１０：熱交換器、１１：熱交換体保持容器、１２：端面、１３：目封止部、１４：スリット間隔壁、１９：流体封止材。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６】
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【図２７】
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