(57)【要約】  外部からの衝撃、熱応力などに対する耐性に優れた熱交換部材を提供する。第１底面２から第２底面３まで貫通して第１流体の流路を形成するセル４を区画成形する隔壁５、内周壁６及び外周壁７を有する中空型の柱状ハニカム構造体８と、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７を被覆する被覆部材９と、を備え、第１流体と被覆部材９の外側を流通する第２流体との間の熱交換を行うための熱交換部材１である。この熱交換部材１では、第１流体の流路方向に垂直な中空型の柱状ハニカム構造体８の断面において、セル４が放射状に設けられており、内周壁６及び外周壁７の厚みが隔壁５の厚みよりも大きい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１底面から第２底面まで貫通して第１流体の流路を形成するセルを区画成形する隔壁、内周壁及び外周壁を有する中空型の柱状ハニカム構造体と、
前記柱状ハニカム構造体の前記外周壁を被覆する被覆部材と、を備え、
前記第１流体と前記被覆部材の外側を流通する第２流体との間の熱交換を行うための熱交換部材であって、
前記第１流体の流路方向に垂直な前記柱状ハニカム構造体の断面において、前記セルが放射状に設けられており、
前記内周壁及び前記外周壁の厚みが前記隔壁の厚みよりも大きい、熱交換部材。
【請求項２】
前記第１流体の流路方向に垂直な前記柱状ハニカム構造体の断面において、前記隔壁が、周方向に延びる第２隔壁と、前記第２隔壁と交差する第１隔壁とを有する、請求項１に記載の熱交換部材。
【請求項３】
前記第１隔壁が放射方向に延びている、請求項２に記載の熱交換部材。
【請求項４】
前記第１流体の流路方向に垂直な前記柱状ハニカム構造体の断面において、１つのセルを区画形成する前記第１隔壁が、前記１つのセルを区画形成する前記第２隔壁よりも長い、請求項２又は３に記載の熱交換部材。
【請求項５】
前記第１隔壁の厚みが前記第２隔壁の厚みよりも大きい、請求項２〜４のいずれか一項に記載の熱交換部材。
【請求項６】
前記第１流体の流路方向に垂直な前記柱状ハニカム構造体の断面において、前記内周壁側の前記第１隔壁の数が、前記外周壁側の前記第１隔壁の数よりも少ない、請求項２〜５のいずれか一項に記載の熱交換部材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項の熱交換部材を有する熱交換器。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱交換部材と、
前記中空型の柱状ハニカム構造体の中空領域に設けられた内筒であって、前記第１流体を前記中空型のハニカム構造体のセルに導入するための貫通孔を有する内筒と、
前記被覆部材との間に第２流体の流路を形成するフレームと、
前記第１流体と前記第２流体との間の熱交換時に、前記内筒の内側における前記第１流体の流れを遮断するための開閉弁と
を備える熱交換器。
【請求項９】
前記開閉弁は、非熱交換時に前記中空型のハニカム構造体のセル側における前記第１流体の流れを遮断するよう構成されている、請求項８に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記開閉弁は、熱交換時に前記内筒側における前記第１流体の流れを遮断する第１開閉弁と、非熱交換時に前記中空型のハニカム構造体のセル側における前記第１流体の流れを遮断する第２開閉弁とを有する、請求項８又は９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記中空型のハニカム構造体のセル側における前記第１流体の流れの一部を遮断する遮断壁を更に有し、非熱交換時に前記遮断壁と前記第２開閉弁とが一体となって前記第１流体の流れを遮断するよう構成されている、請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記第２流体の流路を形成する前記フレーム及び／又は前記被覆部材に乱流発生部が設けられている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記内筒は、小径部、大径部、及び前記小径部と前記大径部とを軸方向に連続して形成するための段差部とを有し、
前記小径部の外径が、中空型の柱状ハニカム構造体の中空領域の径より小さく、
前記大径部の外径が、中空型の柱状ハニカム構造体の中空領域の径より大きく、
前記段差部が前記中空型の柱状ハニカム構造体の一方の底面に係合して前記内筒が固定されている、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１４】
請求項８〜１３のいずれか一項に記載の熱交換器と、
前記熱交換器の上流側及び／又は下流側の前記第１流体の流路に設けられた浄化手段と
を備え、前記熱交換器の前記フレームによって前記浄化手段と前記熱交換器とが一体化されている、浄化手段付き熱交換器。
【請求項１５】
２つ以上の熱交換器と、
前記熱交換器の間の前記第１流体の流路に設けられた浄化手段と
を備え、前記熱交換器の前記フレームによって前記浄化手段と前記熱交換器とが一体化されていると共に、前記２つ以上の熱交換器の少なくとも１つが請求項８〜１３のいずれか一項に記載の熱交換器である、浄化手段付き熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換部材、熱交換器及び浄化手段付き熱交換器に関する。詳細には、本発明は、第１流体（高温側）の熱を第２流体（低温側）へ伝達する熱交換部材、並びに該熱交換部材を有する熱交換器及び浄化手段付き熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費改善が求められている。特に、エンジン始動時などのエンジンが冷えている時の燃費悪化を防ぐために、冷却水、エンジンオイル、ＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード；Automatic transmission fluid）などを早期に暖めてフリクション（摩擦）損失を低減するシステムが期待されている。また、排ガス浄化用触媒を早期に活性化するために触媒を加熱するシステムが期待されている。【０００３】
このようなシステムにおいて、例えば、熱交換器を用いることが検討されている。熱交換器は、内部に第１流体を流通させると共に外部に第２流体を流通させることにより、第１流体と第２流体との熱交換を行う熱交換部材を含む装置である。このような熱交換器では、例えば、高温の第１流体（例えば、排ガス）から低温の第２流体（例えば、冷却水）へ熱交換することによって熱を有効利用することができる。【０００４】
自動車排ガスのような高温の気体から熱を回収する熱交換器としては、耐熱金属で作製された熱交換部材を有する熱交換器が知られていたが、耐熱金属は、価格が高い上に加工が難しい、密度が高くて重い、熱伝導が低いなどの問題があった。そこで、近年、柱状ハニカム構造体を有する熱交換部材をフレーム（ケーシング）内に収容し、第１流体をハニカム構造体のセル内に流通させ、第２流体をケーシング内で熱交換部材の外周面上に流通させる熱交換器の開発が進められている。【０００５】
ハニカム構造体を有する熱交換部材としては、第１流体の流路方向（セルの延びる方向）に垂直な断面において、中心部から外周部に向かって放射方向に延びる第１隔壁と、周方向に延びる第２隔壁とを備える柱状ハニカム構造体を有する熱交換体が提案されている（特許文献１）。
また、排気ガスのバイパス経路として機能する中空領域を備えた中空型（ドーナツ型）の柱状ハニカム構造体を有する熱交換部材が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６０７５３８１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／０６９２６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱交換部材に用いられる柱状ハニカム構造体の外周壁は、外部からの衝撃、第１流体と第２流体との間の温度差による熱応力などにさらされるため、これらの外力によって外周壁が破壊され易いという問題がある。さらに、中空型の柱状ハニカム構造体については、外力による圧縮又は膨張によって外周壁だけでなく内周壁も破壊され易いという問題がある。
しかしながら、特許文献１及び２の柱状ハニカム構造体を有する熱交換部材は、これらの外力に起因する問題について十分に検討されていない。【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、外部からの衝撃、熱応力などに対する耐性に優れた熱交換部材、熱交換器及び浄化手段付き熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、セルを区画成形する隔壁、内周壁及び外周壁を有する中空型の柱状ハニカム構造体において、内周壁及び外周壁の厚みを隔壁の厚みよりも大きくすることにより、外力に対する耐性が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。【００１０】
すなわち、本発明は、第１底面から第２底面まで貫通して第１流体の流路を形成するセルを区画成形する隔壁、内周壁及び外周壁を有する中空型の柱状ハニカム構造体と、前記柱状ハニカム構造体の前記外周壁を被覆する被覆部材と、を備え、前記第１流体と前記被覆部材の外側を流通する第２流体との間の熱交換を行うための熱交換部材であって、
前記第１流体の流路方向に垂直な前記柱状ハニカム構造体の断面において、前記セルが放射状に設けられており、
前記内周壁及び前記外周壁の厚みが前記隔壁の厚みよりも大きい、熱交換部材である。【００１１】
また、本発明は、前記熱交換部材を有する熱交換器である。
また、本発明は、前記熱交換部材と、
前記中空型の柱状ハニカム構造体の中空領域に設けられた内筒であって、前記第１流体を前記中空型のハニカム構造体のセルに導入するための貫通孔を有する内筒と、
前記被覆部材との間に第２流体の流路を形成するフレームと、
前記第１流体と前記第２流体との間の熱交換時に、前記内筒の内側における前記第１流体の流れを遮断するための開閉弁と
を備える熱交換器である。【００１２】
また、本発明は、前記熱交換器と、
前記熱交換器の上流側及び／又は下流側の前記第１流体の流路に設けられた浄化手段と
を備え、前記熱交換器の前記フレームによって前記浄化手段と前記熱交換器とが一体化されている、浄化手段付き熱交換器である。【００１３】
さらに、本発明は、２つ以上の熱交換器と、
前記熱交換器の間の前記第１流体の流路に設けられた浄化手段と
を備え、前記熱交換器の前記フレームによって前記浄化手段と前記熱交換器とが一体化されていると共に、前記２つ以上の熱交換器の少なくとも１つが前記熱交換器である、浄化手段付き熱交換器である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外部からの衝撃、熱応力などに対する耐性に優れた熱交換部材、熱交換器及び浄化手段付き熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る熱交換部材における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る熱交換部材における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に垂直な方向の断面図（図１におけるａ−ａ’線の断面図）である。
【図３】中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に垂直な方向の断面において、セルの形状を説明するための部分拡大図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る熱交換器の斜視図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【図６】熱交換部材及びフレームの内筒の部分を拡大して示した斜視図である。
【図７】本発明の実施形態３に係る熱交換器の非熱交換時における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図、及び中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に垂直な方向の面を開閉弁側から見た図である。
【図８】本発明の実施形態３に係る熱交換器の熱交換時における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図、及び中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に垂直な方向の面を開閉弁側から見た図である。
【図９】本発明の実施形態４に係る熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の第２流体の流路の拡大断面図である。
【図１０】第２流体の流路に形成される乱流発生部を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施形態５に係る熱交換器の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の実施形態６に係る浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【図１３】本発明の実施形態６に係る他の浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【図１４】本発明の実施形態６に係る他の浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【図１５】本発明の実施形態７に係る浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【図１６】本発明の実施形態８に係る浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【図１７】本発明の実施形態９に係る浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【図１８】本発明の実施形態９に係る他の浄化手段付き熱交換器における、中空型及び中実型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
【００１７】
実施形態１．
＜熱交換部材＞
図１には、本発明の実施形態１に係る熱交換部材について、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向（セルの延びる方向）に平行な方向の断面図が示されている。また、図２は、図１におけるａ−ａ’線の断面図であり、本発明の実施形態１に係る熱交換部材について、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に垂直な方向の断面図が示されている。
【００１８】
熱交換部材１は、第１底面２から第２底面３まで貫通して第１流体の流路を形成するセル４を区画成形する隔壁５、内周壁６及び外周壁７を有する中空型の柱状ハニカム構造体８と、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７を被覆する被覆部材９とを備える。熱交換部材１において、セル４内を流通する第１流体と被覆部材９の外側を流通する第２流体との間の熱交換が、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７及び被覆部材９を介して行われる。なお、図１において、第１流体は、紙面の左右のいずれの方向にも流れることができる。第１流体としては、特に限定されず、種々の液体又は気体を用いることができる。例えば、自動車に搭載される熱交換器に熱交換部材１が用いられる場合には、第１流体は排ガスであることが好ましい。
【００１９】
ここで、本明細書において「中空型の柱状ハニカム構造体８」とは、第１流体の流路方向に垂直な中空型の柱状ハニカム構造体８の断面（図２の断面）において、中心部に中空領域１０を有する柱状ハニカム構造体を意味する。
中空型の柱状ハニカム構造体８の形状（外形）としては、特に限定されず、例えば、円柱、楕円柱、四角柱又はその他の多角柱などとすることができる。したがって、図２の断面における中空型の柱状ハニカム構造体８の外形は、円形、楕円形、四角形又はその他の多角形などとすることができる。
また、中空型の柱状ハニカム構造体８における中空領域１０の形状についても、特に限定されず、例えば、円柱、楕円柱、四角柱又はその他の多角柱などとすることができる。したがって、図２の断面における中空領域１０の形状は、円形、楕円形、四角形又はその他の多角形などとすることができる。
なお、中空型の柱状ハニカム構造体８の形状と、中空領域１０の形状とは同一であっても異なっていてもよいが、外部からの衝撃、熱応力などに対する耐性の観点から、同一であることが好ましい。
【００２０】
セル４は、第１流体の流路方向に垂直な方向の断面（図２の断面）において、放射状に設けられている。このような構成とすることにより、セル４を流通する第１流体の熱を中空型の柱状ハニカム構造体８の外部に効率良く伝達することができる。
セル４の形状としては、特に限定されず、第１流体の流路方向に垂直な方向の断面において、円形、楕円形、三角形、四角形、六角形、又はその他の多角形などとすることができる。具体的には、図２に示す形状の他、図３に示す様々な形状とすることができる。
【００２１】
内周壁６及び外周壁７の厚みは、隔壁５の厚みよりも大きい。このような構成とすることにより、外部からの衝撃、第１流体と第２流体との間の温度差による熱応力などによって破壊（例えば、ひび、割れなど）が起こり易い内周壁６及び外周壁７の強度を高めることができる。
なお、内周壁６及び外周壁７の厚みは、特に限定されず、用途などに応じて適宜調整すればよい。例えば、内周壁６及び外周壁７の厚みは、熱交換部材１を一般的な熱交換用途に用いる場合は、０．３ｍｍ超過１０ｍｍ以下とすることが好ましく、０．５ｍｍ〜５ｍｍとすることがより好ましく、１ｍｍ〜３ｍｍとすることが更に好ましい。また、熱交換部材１を蓄熱用途に用いる場合は、外周壁７の厚みを１０ｍｍ以上として外周壁７の熱容量を増大させることも好ましい。
【００２２】
隔壁５は、第１流体の流路方向に垂直な方向の断面において、周方向に延びる第２隔壁５ｂと、第２隔壁５ｂと交差する第１隔壁５ａとを有することが好ましい。このような構成とすることにより、中空型の柱状ハニカム構造体８の強度を確保しつつ、セル４を流通する第１流体の熱を中空型の柱状ハニカム構造体８の外部に効率良く伝達させることができる。
【００２３】
また、第１隔壁５ａは、放射方向に延びていることが好ましい。このような構成とすることにより、放射方向への熱伝導性が向上するため、セル４を流通する第１流体の熱を中空型の柱状ハニカム構造体８の外部に効率良く伝達させることができる。
【００２４】
第１流体の流路方向に垂直な方向の断面において、１つのセル４を区画形成する第１隔壁５ａは、１つのセル４を区画形成する第２隔壁５ｂよりも長いことが好ましい。第１隔壁５ａは、放射方向への熱伝導率に寄与するため、このような構成とすることにより、セル４を流通する第１流体の熱を中空型の柱状ハニカム構造体８の外部に効率良く伝達させることができる。
【００２５】
第１隔壁５ａの厚みは、第２隔壁５ｂの厚みよりも大きいことが好ましい。隔壁５の厚みは熱伝導率と相関するため、このような構成とすることにより、第１隔壁５ａの熱伝導率を第２隔壁５ｂの熱伝導率よりも大きくすることができる。その結果、セル４を流通する第１流体の熱を中空型の柱状ハニカム構造体８の外部に効率良く伝達させることができる。
なお、隔壁５（第１隔壁５ａ及び第２隔壁５ｂ）の厚みは、特に限定されず、用途などに応じて適宜調整すればよい。隔壁５の厚みは、０．１〜１ｍｍとすることが好ましく、０．２〜０．６ｍｍとすることが更に好ましい。隔壁５の厚みを０．１ｍｍ以上とすることにより、中空型の柱状ハニカム構造体８の機械的強度を十分なものとすることができる。また、隔壁５の厚さを１ｍｍ以下とすることにより、開口面積の低下によって圧力損失が大きくなったり、第１流体との接触面積の低下によって熱回収効率が低下したりする問題を防止することができる。
【００２６】
第１隔壁５ａが放射方向に延びている場合、内周壁６側になるほど隣り合う第１隔壁５ａの間が狭くなるため、セル４を形成することが難しくなることがある。そして、内周壁６側にセル４が形成されていない場合や、内周壁６側に形成されたセル４の断面積が小さすぎる場合には、熱交換部材１の圧力損失が大きくなってしまう。このような問題を防止する観点からは、第１流体の流路方向に垂直な中空型の柱状ハニカム構造体８の断面において、中空型の柱状ハニカム構造体８の内周壁６側の第１隔壁５ａの数が、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７側の第１隔壁５ａの数よりも少ないことが好ましい。このような構成とすることにより、内周壁６側にもセル４を安定して形成することができる。そのため、内周壁６側にセル４が形成され難くなることに起因する熱交換部材１の圧力損失の増大を抑制することができる。
ここで、中空型の柱状ハニカム構造体８の内周壁６側の第１隔壁５ａの数とは、図２に示す断面において、中空型の柱状ハニカム構造体８の中空領域１０に最も近い（すなわち外周壁７から最も遠い）、周方向に並んだ複数のセル４を有する領域（以下、「周方向領域」という）中の複数のセル４を形成する第１隔壁５ａの総数を意味する。また、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７側の第１隔壁５ａの数とは、図２に示す断面において、中空型の柱状ハニカム構造体８の中空領域１０から最も遠い（すなわち、外周壁７から最も近い）周方向領域中の複数のセル４を形成する第１隔壁５ａの総数を意味する。
【００２７】
また、第１流体の流路方向に垂直な中空型の柱状ハニカム構造体８の断面において、内周壁６側の第１隔壁５ａの数は、外周壁７側から内周壁６側に向かうにつれて減少していることが好ましい。隣り合う第１隔壁５ａの間は、内周壁６側になるほど狭くなるため、セル４を形成することが難しくなるが、このような構成とすることにより、隣り合う第１隔壁５ａの間を確保することができるため、セル４を安定して形成することができる。そのため、熱交換部材１の圧力損失の増大を抑制することができる。
なお、第１隔壁５ａの数の減少の頻度としては、特に限定されないが、連続的であっても間欠的であってもよい。
【００２８】
隔壁５の密度は、０．５〜５ｇ／ｃｍ3であることが好ましい。隔壁５の密度を０．５ｇ／ｃｍ3以上とすることにより、隔壁５を十分な強度とすることができる。また、隔壁５の密度を５ｇ／ｃｍ3以下とすることにより、中空型の柱状ハニカム構造体８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、中空型の柱状ハニカム構造体８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。なお、隔壁５の密度は、アルキメデス法により測定した値である。
【００２９】
隔壁５、内周壁６及び外周壁７は、セラミックスを主成分とする。「セラミックスを主成分とする」とは、隔壁５、内周壁６及び外周壁７の全質量に占めるセラミックスの質量比率が５０質量％以上であることをいう。
【００３０】
隔壁５、内周壁６及び外周壁７の気孔率は、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることが更に好ましく、３％以下であることが特に好ましい。また、隔壁５、内周壁６及び外周壁７の気孔率は０％とすることもできる。隔壁５、内周壁６及び外周壁７の気孔率を１０％以下とすることにより、熱伝導率を向上させることができる。
【００３１】
隔壁５、内周壁６及び外周壁７は、熱伝導性が高いＳｉＣ（炭化珪素）を主成分として含むことが好ましい。「ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分として含む」とは、隔壁５、内周壁６及び外周壁７の全質量に占めるＳｉＣ（炭化珪素）の質量比率が５０質量％以上であることを意味する。
【００３２】
さらに具体的には、中空型の柱状ハニカム構造体８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、Ｓｉ3Ｎ4、及びＳｉＣなどを採用することができる。その中でも、安価に製造でき、高熱伝導であることからＳｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣを採用することが好ましい。
【００３３】
第１流体の流路方向に垂直な中空型の柱状ハニカム構造体８の断面におけるセル密度（即ち、単位面積当たりのセル４の数）は、特に限定されず、用途などに応じて適宜調整すればよいが、４〜３２０セル／ｃｍ2の範囲であることが好ましい。セル密度を４セル／ｃｍ2以上とすることにより、隔壁５の強度、ひいては中空型の柱状ハニカム構造体８自体の強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）を十分に確保することができる。また、セル密度を３２０セル／ｃｍ2以下とすることにより、第１流体が流れる際の圧力損失の増大を防止することができる。
【００３４】
中空型の柱状ハニカム構造体８のアイソスタティック強度は、１００ＭＰａ超過が好ましく、１５０ＭＰａ以上がより好ましく、２００ＭＰａ以上が更に好ましい。中空型の柱状ハニカム構造体８のアイソスタティック強度が、１００ＭＰａ超過であると、中空型の柱状ハニカム構造体８が耐久性に優れたものとなる。中空型の柱状ハニカム構造体８のアイソスタティック強度は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７に規定されているアイソスタティック破壊強度の測定方法に準じて測定することができる。
【００３５】
第１流体の流路方向に垂直な方向の断面における外周壁７の直径（外径）は、２０〜２００ｍｍであることが好ましく、３０〜１００ｍｍであることがより好ましい。このような直径とすることにより、熱回収効率を向上させることができる。外周壁７が円形でない場合には、外周壁７の断面形状に内接する最大内接円の直径を、外周壁７の直径とする。
また、第１流体の流路方向に垂直な方向の断面における内周壁６の直径は、１〜５０ｍｍであることが好ましく、２〜３０ｍｍであることがより好ましい。内周壁６の断面形状が円形でない場合には、外周壁７の断面形状に内接する最大内接円の直径を、外周壁７の直径とする。
【００３６】
中空型の柱状ハニカム構造体８の熱伝導率は、２５℃において、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、１００〜３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが更に好ましく、１２０〜３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが特に好ましい。中空型の柱状ハニカム構造体８の熱伝導率を、このような範囲とすることにより、熱伝導性が良好となり、中空型の柱状ハニカム構造体８内の熱を外部に効率良く伝達させることができる。なお、熱伝導率の値は、レーザーフラッシュ法（ＪＩＳ  Ｒ１６１１−１９９７）により測定した値である。
【００３７】
中空型の柱状ハニカム構造体８のセル４に、第１流体として排ガスを流す場合、中空型の柱状ハニカム構造体８の隔壁５に触媒を担持させることが好ましい。隔壁５に触媒を担持させると、排ガス中のＣＯ、ＮＯｘ、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ると共に、触媒反応の際に生じる反応熱を熱交換に用いることも可能になる。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ものであることが好ましい。上記元素は、金属単体、金属酸化物、又はそれ以外の金属化合物として含有されていてもよい。
【００３８】
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い。また、貴金属を含む触媒であれば、担持量が０．１〜５ｇ／Ｌであることが好ましい。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、圧力損失と共に製造コストの上昇を抑えることができる。担持体とは、触媒金属が担持される担体のことである。担持体としては、アルミナ、セリア、及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも一種を含有するものであることが好ましい。
【００３９】
被覆部材９は、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７を被覆し得るものであれば特に限定されない。例えば、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７に嵌合して中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７を周回被覆する筒状部材を用いることができる。
ここで、本明細書において、「嵌合」とは、中空型の柱状ハニカム構造体８と被覆部材９とが、相互に嵌まり合った状態で固定されていることをいう。したがって、中空型の柱状ハニカム構造体８と被覆部材９との嵌合においては、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌めなどの嵌め合いによる固定方法の他、ろう付け、溶接、拡散接合などにより、中空型の柱状ハニカム構造体８と被覆部材９とが相互に固定されている場合なども含まれる。
【００４０】
被覆部材９は中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７に対応した内面形状を有することができる。被覆部材９の内周面が中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７に直接接触することで、熱伝導性が良好となり、中空型の柱状ハニカム構造体８内の熱を被覆部材９に効率良く伝達することができる。
【００４１】
熱回収効率を高めるという観点からは、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７の全面積に対する、被覆部材９によって周回被覆される中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７の部分の面積の割合は高いほうが好ましい。具体的には、当該面積割合は８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、１００％（すなわち、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周壁７の全部が被覆部材９によって周回被覆される。）であることが更により好ましい。
なお、ここでいう「外周壁７」とは、中空型の柱状ハニカム構造体８の第１流体の流路方向に平行な面を指し、中空型の柱状ハニカム構造体８の第１流体の流路方向と垂直な面（第１底面２及び第２底面３）は含まれない。
【００４２】
被覆部材９は、製造性の観点から金属製であることが好ましい。また、被覆部材９が金属製であると、後述する金属製のフレーム（ケーシング）２３との溶接が容易に行える点でも優れている。被覆部材９の材料としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮などを用いることができる。その中でも、耐久信頼性が高く、安価という理由により、ステンレスが好ましい。
【００４３】
被覆部材９の厚みは、耐久信頼性の理由により、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましく、０．５ｍｍ以上が更により好ましい。被覆部材９の厚みは、熱抵抗を低減して熱伝導性を高めるという理由により、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下が更により好ましい。
【００４４】
＜熱交換器＞
本発明の実施形態１に係る熱交換器は、上記の熱交換部材１を有する。この熱交換器において、熱交換部材１以外の部材については特に限定されず、公知の部材を用いることができる。
【００４５】
＜熱交換部材及び熱交換器の製造方法＞
本発明の実施形態１に係る熱交換部材及び熱交換器の製造方法としては、特に限定されず、公知の方法に準じて行うことができる。例えば、以下に説明する製造方法に従って行うことができる。
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。このとき、適切な形態の口金及び治具を選択することにより、セル４の形状及び密度、隔壁５の数、長さ及び厚さ、内周壁６及び外周壁７の形状及び厚さなどを制御することができる。また、ハニカム成形体の材料としては、前述のセラミックスを用いることができる。例えば、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とするハニカム成形体を製造する場合、所定量のＳｉＣ粉末に、バインダーと、水及び／又は有機溶媒とを加え、得られた混合物を混練し坏土とし、成形して所望形状のハニカム成形体を得ることができる。そして、得られたハニカム成形体を乾燥し、減圧の不活性ガス又は真空中で、ハニカム成形体中に金属Ｓｉを含浸焼成することによって、隔壁５により区画形成されたセル４を有する中空型の柱状ハニカム構造体８を得ることができる。
【００４６】
次に、中空型の柱状ハニカム構造体８を被覆部材９に挿入することにより、中空型の柱状ハニカム構造体８の外周面を被覆部材９で周回被覆する。この状態で、焼き嵌めすることで、被覆部材９の内周面が中空型の柱状ハニカム構造体８の外周面に嵌合する。なお、中空型の柱状ハニカム構造体８と被覆部材９との嵌合は、先述したように、焼き嵌め以外に、すきま嵌め、締まり嵌めといった嵌め合いによる固定方法、更にはろう付け、溶接、拡散接合などにより行うことができる。これにより、熱交換部材１が完成する。
次に、この熱交換部材１をその他の部材と組み合わせ、接合などの処理を行うことによって熱交換器２０を得ることができる。
【００４７】
実施形態２．
図４には、本発明の実施形態２に係る熱交換器の斜視図が示されている。また、図５には、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図が示されている。
図５に示されるように、熱交換器２０は、上記の熱交換部材１と、中空型の柱状ハニカム構造体８の中空領域１０に設けられた内筒２７と、被覆部材９との間に第２流体の流路２４を形成するフレーム２３と、内筒２７に設けられた開閉弁２６とを備えている。
内筒２７は、第１流体を中空型のハニカム構造体８のセル４に導入するための貫通孔２５を有しており、貫通孔２５によって第１流体の流れが２つ（中空型の柱状ハニカム構造体８のセル４及び中空領域１０）に分岐される。
フレーム２３は、第２流体の入口２１及び第２流体の出口２２をさらに有し、被覆部材９を周回被覆している。フレーム２３は、熱交換効率を高める観点から、熱交換部材１全体を周回被覆していることが好ましい。
開閉弁２６は、その開閉機構により、中空型の柱状ハニカム構造体８の中空領域１０を流れる第１流体の量を制御することができる。特に、開閉弁２６は、第１流体と第２流体との間の熱交換時に、内筒２７の内側における第１流体の流れを遮断することにより、貫通孔２５を介して中空型のハニカム構造体８のセル４に第１流体を選択的に導入することができるため、第１流体と第２流体との間の熱交換を効率的に行うことができる。
【００４８】
ここで、内筒２７に設けられる貫通孔２５の例を図６に示す。図６は、熱交換部材１（ただし、被覆部材９は省略）及び内筒２７の部分を拡大して示した斜視図である。図６（ａ）〜（ｆ）に示すように、貫通孔２５は、内筒２７の全周に形成されていてもよいし、内筒２７の部分的な位置（例えば、上部、中央部又は下部のみ）に形成されていてもよい。また、貫通孔２５の形状も、円形、楕円形、四角形などの各種形状とすることができる。
【００４９】
この熱交換器２０では、第２流体が第２流体の入口２１からフレーム２３内に流入する。次いで、第２流体は、第２流体の流路２４を通る間に、熱交換部材１の被覆部材９を介して中空型の柱状ハニカム構造体８のセル４を流れる第１流体と熱交換された後、第２流体の出口２２から流出する。なお、熱交換部材１の被覆部材９の外周面は伝熱効率を調整するための部材によって被覆されていてもよい。
【００５０】
他方、第１流体は内筒２７の内部に流入する。このとき、開閉弁２６が閉であると、中空領域１０内の内筒２７の通気抵抗が上昇し、貫通孔２５を介してセル４に第１流体が選択的に流入する。一方、開閉弁２６が開であると、中空領域１０内の内筒２７の通気抵抗が低下するため、第１流体が中空領域１０内の内筒２７に選択的に流入する。したがって、開閉弁２６の開閉を制御することにより、セル４に流入する第１流体の量を調整することができる。なお、中空領域１０内の内筒２７を流れる第１流体は、第２流体との熱交換にはほとんど寄与しないため、この第１流体の経路は、第１流体の熱回収を抑制したい場合などにおけるバイパス経路として機能する。つまり、第１流体の熱回収を抑制したい場合には、開閉弁２６を開とすればよい。
【００５１】
フレーム２３の材質は、特に限定されないが、熱伝導性及び製造性の観点から、金属製であることが好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮などを用いることができる。その中でも、安価で耐久信頼性が高いという理由により、ステンレスが好ましい。
【００５２】
フレーム２３の厚みは、特に限定されないが、耐久信頼性の理由により、０．１ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上が更により好ましい。フレーム２３の厚みは、コスト、体積、重量などの観点から、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下が更により好ましい。
【００５３】
フレーム２３は、一体成形品であってよいが、２つ以上の部材から形成される接合部材であることが好ましい。フレーム２３が、２つ以上の部材から形成される接合部材である場合、フレーム２３の設計自由度を高めることができる。
【００５４】
開閉弁２６の形状及び構造は、特に限定されず、開閉弁２６が設けられる中空型の柱状ハニカム構造体８の中空領域１０に応じて適切なものを選択すればよい。
【００５５】
第２流体としては、特に制限はないが、熱交換器２０が、自動車に搭載される場合には、第２流体は、水又は不凍液（ＪＩＳ  Ｋ２２３４：２００６で規定されるＬＬＣ）であることが好ましい。第１流体及び第２流体の温度に関しては、第１流体の温度＞第２流体の温度であることが好ましい。その理由としては、熱交換部材１の被覆部材９が低温で膨張せず、中空型の柱状ハニカム構造体８がより高温で膨張することで、両者の嵌合が緩み難い条件となるためである。特に、中空型の柱状ハニカム構造体８と被覆部材９の嵌合が焼き嵌めの場合、嵌合が緩み、中空型の柱状ハニカム構造体８が抜け落ちるリスクを最小限にすることができる。
【００５６】
熱交換器２０では、第２流体の入口２１は、第２流体の出口２２と同一側に設けられているが、第２流体の入口２１及び第２流体の出口２２の位置に特に制限はなく、熱交換器２０の設置場所、配管位置、熱交換効率を考慮して適宜変更可能である。
また、図５では、中空型の柱状ハニカム構造体８の軸方向（セル４の延びる方向）に対して第１流体及び第２流体が同一方向に平行して流れる場合を示したが、第２流体の入口２１及び第２流体の出口２２を逆にすることで、中空型の柱状ハニカム構造体８の軸方向に対して第１流体と第２流体とが対向して流れるようにしてもよい。このような構成とすることにより、第２流体が下流に向かうにつれて、より高い温度の第１流体と熱交換することができるため、熱交換効率を向上させることができる。
上記のような特徴を有する熱交換部材１は、フレーム２３及び内筒２７と組み合わせ、接合などの処理を行うことによって熱交換器２０を製造することができる。
【００５７】
実施形態３．
本発明の実施形態３に係る熱交換器は、開閉弁２６が、非熱交換時に前記中空型のハニカム構造体８のセル４側における第１流体の流れを遮断するよう構成されている点で本発明の実施形態２に係る熱交換器と相違する。以下、本発明の実施形態２に係る熱交換器と同じ部分については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
本発明の実施形態２に係る熱交換器は、第１流体の熱回収を抑制したい場合、開閉弁２６を開とすることにより、第１流体を中空型のハニカム構造体８のセル４側よりも内筒２７側に流れ易くしている。しかしながら、開閉弁２６を開とした場合であっても、中空型のハニカム構造体８のセル４側に第１流体が僅かに流れてしまうため、熱回収を十分に抑制できないことがある。
そこで、本発明の実施形態３に係る熱交換器では、開閉弁が、非熱交換時に中空型のハニカム構造体８のセル４側に第１流体の流れを遮断するよう構成されている。
【００５８】
図７（ａ）及び８（ａ）には、本発明の実施形態３に係る熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図が示されている。また、図７（ｂ）及び８（ｂ）には、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に垂直な方向の面を開閉弁側から見た図が示されている。図７（ａ）及び（ｂ）は非熱交換時、図８（ａ）及び（ｂ）は熱交換時の様子をそれぞれ表す。
なお、図７及び８では、図を見易くする観点から、フレーム２３が省略されている点に留意すべきである。また、本明細書において「熱交換時」とは、第１流体と第２流体との間の熱交換を行う場合（すなわち、熱回収を行う場合）のこと、「非熱交換時」とは、第１流体と第２流体との間の熱交換を行わない場合（すなわち、熱回収を抑制する場合）のことを意味する。
【００５９】
図７及び８に示されるように、本発明の実施形態３に係る熱交換器は、内筒２７側における第１流体の流れを遮断する第１開閉弁２６ａと、中空型のハニカム構造体８のセル４側における第１流体の流れを遮断する第２開閉弁２６ｂとを有する開閉弁２６を備えている。第２開閉弁２６ｂは、第１開閉弁２６ａが開となった場合に閉となり、第１開閉弁２６ａが閉となった場合に開となるように構成されている。また、中空型のハニカム構造体８のセル４側を流れる第１流体の流路の遮断壁２８が設けられている。第２開閉弁２６ｂ及び遮断壁２８はいずれも、内筒２７と被覆部材９との間の第１流体の流路の半分を遮断することができるような半ドーナツ状（半リング状）となっており、第２開閉弁２６ｂが閉となった場合に、第２開閉弁２６ｂと遮断壁２８とが一体となって第１流体の流れを遮断する。
なお、図７及び８では、第２開閉弁２６ｂ及び遮断壁２８を半ドーナツ状にした例を示したが、第２開閉弁２６ｂ及び遮断壁２８とが一体となって第１流体の流れを遮断するよう構成されていれば、それらの形状は特に限定されない。例えば、遮断壁２８を中心角が２７０°の環状扇形、第２開閉弁２６ｂを中心角が９０°の環状扇形としてもよい。
【００６０】
上記のような構造を有する本発明の実施形態３に係る熱交換器では、非熱交換時に、第１開閉弁２６ａを開及び第２開閉弁２６ｂを閉とすることにより、中空型のハニカム構造体８のセル４側における第１流体の流れが遮断されるため、中空型のハニカム構造体８の中空領域１０内の内筒２７側に第１流体が選択的に流入する。したがって、非熱交換時は、中空型のハニカム構造体８のセル４側に第１流体が流入することを防止することができるため、熱回収の抑制を向上させることができる。一方、熱交換時には、第１開閉弁２６ａを閉及び第２開閉弁２６ｂを開とすることにより、中空型のハニカム構造体８の中空領域１０内の内筒２７側における第１流体の流れが遮断されるため、中空型のハニカム構造体８のセル４側に第１流体が選択的に流入する。したがって、熱交換時は、中空型のハニカム構造体８の中空領域１０内の内筒２７側に第１流体が流入することを防止することができるため、熱回収を向上させることができる。
なお、この実施形態で説明した効果は、本発明の実施形態１に係る熱交換部材１に依存するものではないため、当該技術分野において公知の熱交換部材を用いることによっても得ることができる。
【００６１】
実施形態４．
本発明の実施形態４に係る熱交換器は、第２流体の流路を形成するフレーム及び／又は被覆部材に乱流発生部が設けられている点で本発明の実施形態２及び３に係る熱交換器と相違する。以下、本発明の実施形態２及び３に係る熱交換器と同じ部分については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
本発明の実施形態２及び３に係る熱交換器は、第２流体の流路２４を第２流体が通過する間に第１流体との熱交換が行われている。しかしながら、第２流体の流路２４における第２流体の流れがスムーズであると、第１流体との熱交換効率を十分に高めることができない場合がある。
そこで、本発明の実施形態４に係る熱交換器は、第２流体の流路を形成するフレーム及び／又は被覆部材に乱流発生部が設けられている。
【００６２】
図９には、本発明の実施形態４に係る熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の第２流体の流路の拡大断面図が示されている。なお、図９では、図を見易くする観点から、第２流体の流路以外の部材は省略されている点に留意すべきである。
図９に示されるように、本発明の実施形態４に係る熱交換器は、第２流体の流路２４に乱流発生部２９が形成されている。ここで、本明細書において「乱流発生部２９」とは、第２流体に乱流を発生させることが可能な部分のことを意味する。第２流体の流路２４を形成するフレーム２３及び／又は被覆部材９に乱流発生部２９を設けることにより、被覆部材９とフレーム２３との間の第２流体の流路２４を通る第２流体に乱流が生じ、第１流体と第２流体との間の熱伝達率が向上するため、熱交換効率を高めることができる。
【００６３】
乱流発生部２９は、乱流を発生させ得る形状であれば特に限定されず、突起部、凹部、縮径部などの各種形状とすることができる。また、乱流発生部２９は、第２流体の流路２４に形成されていればよく、被覆部材９若しくはフレーム２３のいずれか、又は被覆部材９及びフレーム２３の両方に形成されていてもよい。さらに、乱流発生部２９の数も特に限定されず、乱流発生部２９の形状などに応じて適宜調整すればよい。
図９は、乱流発生部２９としての縮径部をフレーム２３の一部に１箇所形成した例である。また、図１０に示すように、（ａ）乱流発生部２９としての縮径部をフレーム２３の大部分に形成したり、（ｂ）乱流発生部２９としての縮径部をフレーム２３の一部に２箇所形成したり、（ｃ）乱流発生部２９としての突起部を被覆部材９及びフレーム２３の両方に設けたり、（ｄ）乱流発生部２９としての凹部を被覆部材９及びフレーム２３の両方に設けたりしてもよい。
なお、この実施形態で説明した効果は、本発明の実施形態１に係る熱交換部材１に依存するものではないため、当該技術分野において公知の熱交換部材を用いることによっても得ることができる。
【００６４】
実施形態５．
本発明の実施形態２〜４に係る熱交換器は、公知の方法に準じて製造することができるが、組付けが難しいことがある。
そこで、本発明の実施形態５に係る熱交換器は、構成する部材を組付け易い部材に分け、それらを適切な順序で組付けることによって製造している。
【００６５】
図１１には、本発明の実施形態５に係る熱交換器の製造方法を説明するための断面図が示されている。この断面図は、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図である。
まず、図１１（ａ）に示されるように、中空型の柱状ハニカム構造体８と被覆部材９とから構成される熱交換部材１を準備する。被覆部材９は、小径部、大径部、及び小径部と大径部とを軸方向に連続して形成するための段差部３１とを有する。
次に、図１１（ｂ）に示されるように、フレーム２３に熱交換部材１を挿入して溶接などによって固定する。フレーム２３は、フレーム２３の軸方向に係る一端側の内径が、フレーム２３の軸方向に係る他端側の内径よりも大きく設定されている。フレーム２３の軸方向に係る一端側の内径は、被覆部材９の大径部の外径に対応し、フレーム２３の軸方向に係る他端側の内径は、被覆部材９の小径部の外径に対応するようになっている。そのため、フレーム２３に対する熱交換部材１の挿入方向を間違い難くすることができる。
【００６６】
次に、図１１（ｃ）に示されるように、中空型の柱状ハニカム構造体８の中空領域１０に内筒２７を挿入する。内筒２７は、小径部、大径部、及び小径部と大径部とを軸方向に連続して形成するための段差部３１とを有する。内筒２７の小径部の外径は、中空型の柱状ハニカム構造体８の中空領域１０の径より小さく、内筒２７の大径部の外径は、中空型の柱状ハニカム構造体８の中空領域１０の径より大きく構成されている。そして、段差部３１が中空型の柱状ハニカム構造体８の一方の底面（第１底面２又は第２底面３）に係合して内筒２７が固定されることにより、内筒２７の位置が定まるようになっている。そのため、内筒２７の位置ずれを生じ難くすることができる。段差部３１と柱状ハニカム構造体８の一方の底面とを係合して固定する方法としては、お互いに接触させて固定してよいし、公知の接合材を介してお互いを固定してもよい。
次に、図１１（ｄ）に示されるように、フロントカバー３２を内筒２７の大径部側に設けた後、溶接などによって内筒２７及びフレーム２３と固定する。フロントカバー３２は、内筒２７の大径部の外径及びフレーム２３の一端側の外径に対応する内径を有しているため、フロントカバー３２の設置位置を間違い難くすることができる。
【００６７】
次に、図１１（ｅ）に示されるように、バックカバー３３をフレーム２３の他端側に設けた後、溶接などによってフレーム２３と固定し、開閉弁２６を取り付ける。バックカバー３３は、フレーム２３の他端側の外径に対応する内径を有しているため、バックカバー３３の設置位置を間違い難くすることができる。また、遮蔽管３４を内筒２７の大径部側に挿入した後、溶接などによって固定する。
なお、図１１では、第２流体の入口２１及び出口２２については図示していないが、フレーム２３に溶接などによって予め接続してもよく、（ｂ）〜（ｅ）のいずれかの段階後に接続してもよい。
【００６８】
上記のようにして製造される本発明の実施形態５に係る熱交換器は、構成する部材の位置、挿入方向などの間違いが生じ難く、組付け易いため、製造し易い。
なお、この実施形態で説明した効果は、本発明の実施形態１に係る熱交換部材１に依存するものではないため、当該技術分野において公知の熱交換部材を用いることによっても得ることができる。
【００６９】
実施形態６．
本発明の実施形態６に係る浄化手段付き熱交換器は、本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器と、熱交換器の上流側の第１流体の流路に設けられた浄化手段とを備え、熱交換器のフレームによって浄化手段と熱交換器とが一体化されている。以下、本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器の構成については上記で説明しているため、それ以外の構成について説明する。
本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器は、浄化機能を得るために、浄化装置と配管で接続する必要があることから、配置スペースの確保が難しい。
そこで、本発明の実施形態６に係る浄化手段付き熱交換器は、熱交換器の上流側の第１流体の流路に浄化手段を設け、フレームによって浄化手段と熱交換器とを一体化している。
【００７０】
図１２には、本発明の実施形態６に係る浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図が示されている。
図１２に示されるように、本発明の実施形態６に係る浄化手段付き熱交換器は、熱交換器の上流側の第１流体の流路に浄化手段３０を備えている。また、熱交換器と浄化手段３０との間には、浄化手段３０を通過した第１流体が内筒２７に導入されるように隔離壁４１が設けられている。さらに、浄化手段３０は、フレーム２３によって熱交換器と一体化されている。そのため、熱交換器と浄化手段３０とを配管によって接続する必要がなく、省スペース化を図ることができる。
【００７１】
隔離壁４１は、図１３に示されるように貫通孔４２を有していてもよい。隔離壁４１が貫通孔４２を有する場合、浄化手段３０を通過した第１流体は、中空型のハニカム構造体８のセル４及び内筒２７の両方に流入することが可能になる。このような構成を有する浄化手段付き熱交換器では、熱交換時に、開閉弁２６を閉とすることにより、内筒２７の貫通孔２５及び隔離壁４１の貫通孔４２の両方を介してセル４に第１流体が流入する。このとき、特に、隔離壁４１の貫通孔４２から第１流体が直線的に流入するため、通気抵抗を低下させることが可能となる。一方、非熱交換時には、開閉弁２６を開とすることにより、内筒２７に第１流体が流入する。このとき、第１流体は、隔離壁４１の貫通孔４２からセル４に流入しようとするが、セル４の通気抵抗が、内筒２７の通気抵抗に比べて遥かに高いため、第１流体のほとんどは内筒２７内を通過する。
【００７２】
また、図１４に示されるように、内筒２７を中空領域１０に備えた中空型の柱状ハニカム構造体８と浄化手段３０との間に隔離壁４１を設けなくてもよい。隔離壁４１を設けない場合、浄化手段３０を通過した第１流体は、中空型のハニカム構造体８のセル４及び内筒２７の両方に流入することが可能になる。このような構成を有する浄化手段付き熱交換器では、熱交換時に、開閉弁２６を閉とすることにより、浄化手段３０を通過した第１流体は、セル４に直接流入するか、又は内筒２７の貫通孔２５を介してセル４に流入する。このとき、特に、浄化手段３０を通過した第１流体が直接且つ直線的に流入するため、通気抵抗を低下させることが可能となる。一方、非熱交換時には、開閉弁２６を開とすることにより、内筒２７に第１流体が流入する。このとき、浄化手段３０を通過した第１流体は、セル４に流入しようとするが、セル４の通気抵抗が、内筒２７の通気抵抗に比べて遥かに高いため、第１流体のほとんどは内筒２７内を通過する。
【００７３】
浄化手段３０としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。浄化手段３０の例としては、触媒を担持した触媒体、フィルタなどが挙げられる。触媒としては、例えば、第１流体として排ガスを用いる場合、排ガスを酸化又は還元する機能を有する触媒を用いることができる。触媒としては、貴金属（例えば、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、金など）、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、バリウムなどが挙げられる。これらの元素は、金属単体、金属酸化物、及びそれ以外の金属化合物であってもよい。また、触媒は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、この実施形態で説明した効果は、本発明の実施形態１に係る熱交換部材１に依存するものではないため、当該技術分野において公知の熱交換部材を用いることによっても得ることができる。
【００７４】
実施形態７．
本発明の実施形態７に係る浄化手段付き熱交換器は、熱交換器の下流側の第１流体の流路に浄化手段３０を設けている点で本発明の実施形態６に係る浄化手段付き熱交換器と相違する。以下、本発明の実施形態６に係る浄化手段付き熱交換器と同じ部分については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
本発明の実施形態６に係る浄化手段付き熱交換器は、高温の第１流体が浄化手段３０を通過する際に、第１流体の温度が低下し、熱回収効率が低下する可能性がある。
そこで、本発明の実施形態７に係る浄化手段付き熱交換器は、熱交換器の下流側の第１流体の流路に浄化手段３０を設け、フレーム２３によって浄化手段３０と熱交換器とを一体化している。
【００７５】
図１５には、本発明の実施形態７に係る浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図が示されている。
図１５に示されるように、本発明の実施形態７に係る浄化手段付き熱交換器は、熱交換器の下流側の第１流体の流路に浄化手段３０を備えている。そのため、浄化性能を確保しつつ熱回収効率を高めることができる。また、浄化手段３０は、フレーム２３によって熱交換器と一体化されている。そのため、熱交換器と浄化手段３０とを配管によって接続する必要がなく、省スペース化を図ることができる。
【００７６】
実施形態８．
本発明の実施形態８に係る浄化手段付き熱交換器は、熱交換器の上流側及び下流側の両方の第１流体の流路に浄化手段３０を備えている点で本発明の実施形態６及び７に係る浄化手段付き熱交換器と相違する。以下、本発明の実施形態６及び７に係る浄化手段付き熱交換器と同じ部分については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
熱交換器の上流側の第１流体の流路に浄化手段３０を設けた場合、高温の第１流体が浄化手段３０を通過する際に第１流体の温度が低下し、熱回収効率が低下する可能性がある。一方、熱交換器の下流側の第１流体の流路に浄化手段３０を設けた場合、熱交換器による熱回収によって第１流体の温度が低下し、浄化手段３０の触媒作用を確保するのに十分な熱が得られず、浄化性能が低下する可能性がある。
そこで、本発明の実施形態８に係る浄化手段付き熱交換器は、浄化手段３０を分割し、熱交換器の上流側及び下流側の両方の第１流体の流路に浄化手段３０を設け、フレーム２３によって浄化手段３０と熱交換器とを一体化している。
【００７７】
図１６には、本発明の実施形態８に係る浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図が示されている。
図１６に示されるように、本発明の実施形態８に係る浄化手段付き熱交換器は、熱交換器の上流側及び下流側の第１流体の流路に、２つに分割された浄化手段３０を備えている。そのため、浄化性能及び熱回収効率の両方を高めることができる。また、浄化手段３０は、フレーム２３によって熱交換器と一体化されている。そのため、熱交換器と浄化手段３０とを配管によって接続する必要がなく、省スペース化を図ることができる。
【００７８】
実施形態９．
本発明の実施形態９に係る浄化手段付き熱交換器は、２つ以上の熱交換器と、熱交換器の間の第１流体の流路に設けられた浄化手段とを備え、熱交換器の少なくとも１つが本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器である点で本発明の実施形態６及び７に係る浄化手段付き熱交換器と相違する。以下、本発明の実施形態６〜８に係る浄化手段付き熱交換器と同じ部分については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００７９】
図１７には、本発明の実施形態９に係る浄化手段付き熱交換器における、中空型の柱状ハニカム構造体の第１流体の流路方向に平行な方向の断面図が示されている。
図１７に示されるように、本発明の実施形態８に係る浄化手段付き熱交換器は、本発明の実施形態２〜５に係る２つの熱交換器を備え、２つの熱交換器の間の第１流体の流路に浄化手段３０が設けられている。このような構成とすることにより、熱交換器の数を増やすことができるため、熱回収量を増大させることができる。なお、図１７では、第１流体の流路の上流側及び下流側に熱交換器を１つずつ設けた例を示したが、第１流体の流路の上流側及び下流側に熱交換器を２つ以上ずつ設けてもよい。
【００８０】
また、図１８に示すように、本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器と、この熱交換器と機構が異なる熱交換器とを組み合わせて用いてもよい。図１８では、本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器と機構が異なる熱交換器として、第１底面から第２底面まで貫通して第１流体の流路を形成するセルを区画成形する隔壁及び外周壁を有する中実型の柱状ハニカム構造体と、中実型の柱状ハニカム構造体の外周壁を被覆する被覆部材とを備え、第１流体と被覆部材の外側を流通する第２流体との間の熱交換を行うための熱交換部材を有する熱交換器を用いた例を示している。この熱交換器は、中空型の柱状ハニカム構造体の代わりに中実型の柱状ハニカム構造体を用いていること以外は、本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器と同じ構成を有する。なお、本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器と機構が異なる熱交換器としては、上記の例に限定されず、当該技術分野において公知の機構を有する他の熱交換器を用いてもよい。また、図１８では、第１流体の流路の上流側に本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器を用いた例を示したが、第１流体の流路の下流側に本発明の実施形態２〜５に係る熱交換器を用いてもよい。さらに、図１８では、第１流体の流路の上流側及び下流側に熱交換器を１つずつ設けた例を示したが、第１流体の流路の上流側及び下流側に熱交換器を２つ以上ずつ設けてもよい。このような構成とすることにより、熱回収量を増大させることができると共に、２つ以上の熱交換器が同時に故障するリスクを低減することができるため、信頼性の向上につながる。
【実施例】
【００８１】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。【００８２】
＜ハニカム構造体の製造＞
（実施例１）
ＳｉＣ粉末を含む坏土を所望の形状に押出成形した後、乾燥させ、所定の外形寸法に加工し、Ｓｉ含浸焼成することによって、中空型の柱状ハニカム構造体を製造した。中空型の柱状ハニカム構造体の外形は、図１及び２に示すような円柱状とし、外径を７０ｍｍ、中空領域の径を５２ｍｍ、第１流体の流路方向の長さを２５ｍｍとした。また、第１隔壁、第２隔壁、内周壁及び外周壁の厚みは表１の通りとした。【００８３】
（比較例１及び２）
内周壁及び外周壁の厚みを表１の通りに変更したこと以外は実施例１と同様にして中空型の柱状ハニカム構造体を製造した。【００８４】
＜アイソスタティック強度試験＞
中空型の柱状ハニカム構造体の外周面に、厚さ０．５ｍｍのウレタンゴム製のシートを巻き付け、更に、中空型の柱状ハニカム構造体の両端部の上に、円形のウレタンゴム製のシートを間に挟ませて、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、中空型の柱状ハニカム構造体の端部と同一の形状及び同一の大きさのものを用いた。さらに、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、試験用サンプルを得た。次に、試験用サンプルを、水を満たした圧力容器内に入れた。続いて、圧力容器内の水圧を０．３〜３．０ＭＰａ／分の速度で２００ＭＰａまで上昇させ、中空型の柱状ハニカム構造体に破壊が生じたときの水圧を計測した。この評価結果において、水圧２００ＭＰａでも破壊が生じない場合「≧２００（ＭＰａ）」と表す。試験結果を表１に示す。【００８５】
【表１】
2019135312.tif 000003
【００８６】
表１に示されるように、内周壁及び外周壁の厚みが隔壁（第１隔壁及び第２隔壁）の厚みよりも大きい実施例１の中空型の柱状ハニカム構造体は、内周壁及び外周壁の厚みが隔壁と同じ比較例１の中空型の柱状ハニカム構造体、及び内周壁及び外周壁の厚みが隔壁よりも小さい比較例２の中空型の柱状ハニカム構造体に比べて、アイソスタティック強度が大きかった。【００８７】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、外部からの衝撃、熱応力などに対する耐性に優れた熱交換部材、熱交換器及び浄化手段付き熱交換器を提供することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  熱交換部材
２  第１底面
３  第２底面
４  セル
５  隔壁
５ａ  第１隔壁
５ｂ  第２隔壁
６  内周壁
７  外周壁
８  中空型の柱状ハニカム構造体
９  被覆部材
１０  中空領域
２０  熱交換器
２１  第２流体の入口
２２  第２流体の出口
２３  フレーム
２４  第２流体の流路
２５  貫通孔
２６  開閉弁
２６ａ  第１開閉弁
２６ｂ  第２開閉弁
２７  内筒
２８  遮断壁
２９  乱流発生部
３０  浄化手段
３１  段差部
３２  フロントカバー
３３  バックカバー
３４  遮蔽管
４１  隔離壁
４２  貫通孔
【図１】
2019135312.tif 000004
【図２】
2019135312.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019135312.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019135312.tif 000014
【図１２】
2019135312.tif 000015
【図１３】
2019135312.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2019135312.tif 000018
【図１６】
2019135312.tif 000019
【図１７】
2019135312.tif 000020
【図１８】
2019135312.tif 000021
【国際調査報告】
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