(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣを含む隔壁により区画形成され、一方の端面から他方の端面まで貫通し、第一の流体が流通する流路とされるセルを有するセル構造部と、前記セル構造部の外周に配設された外周壁とを備えたハニカム構造体が、少なくとも２つ以上直列に配置され、
前記ハニカム構造体の外周面に嵌合した金属管を含む金属嵌合ハニカム構造体によって構成され、
前記金属管は、少なくとも一方の端部に、他の前記金属管と接続可能な接続手段が設けられ、
前記接続手段は、前記金属管の一方の前記端部の径が、他方の前記端部の径よりも大きく形成され、
いずれかの前記端部に、径方向に突出した凸部が形成され、
前記凸部が形成された前記端部と反対の前記端部に、径方向に凹んだ凹部が形成され、
前記凸部と他の前記金属管の前記凹部とが嵌合することにより、接続されており、
前記第一の流体は、前記ハニカム構造体の各セル内を、前記セル外に漏洩・混合することなく流通し、
前記金属管同士を前記接続手段にて接続することにより、前記ハニカム構造体が直列に、かつ、直列に配置された前記ハニカム構造体のうち隣り合う少なくとも一組の前記ハニカム構造体の前記セル構造部同士が隙間をあけて配置されて、前記隙間を形成する前記端面間において、各セル内を流通する前記第一の流体が相互に混合するとともに、
前記セルを流通する第一の流体と、前記ハニカム構造体の前記外周壁の外側を流通する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を介して第一の流体と第二の流体を熱交換させ、
隣り合う前記ハニカム構造体の前記セル構造部同士の前記隙間は、０．１〜１０ｍｍであり、
前記ハニカム構造体の長さが１２．０〜４０ｍｍである熱交換部材。
【請求項２】
ＳｉＣを含む隔壁により区画形成され、一方の端面から他方の端面まで貫通し、第一の流体が流通する流路とされるセルを有するセル構造部と、前記セル構造部の外周に配設された外周壁とを備えたハニカム構造体が、少なくとも２つ以上直列に配置され、
前記ハニカム構造体の外周面に嵌合した金属管を含む金属嵌合ハニカム構造体によって構成され、
前記金属管は、少なくとも一方の端部に、他の前記金属管と接続可能な接続手段が設けられ、
前記接続手段は、それぞれの前記端部に軸方向に凹んだ切欠き部が形成され、
前記切欠き部に、他の前記金属管の前記切欠き部でない非切欠き部が嵌合することにより、接続されており、
前記第一の流体は、前記ハニカム構造体の各セル内を、前記セル外に漏洩・混合することなく流通し、
前記金属管同士を前記接続手段にて接続することにより、前記ハニカム構造体が直列に、かつ、直列に配置された前記ハニカム構造体のうち隣り合う少なくとも一組の前記ハニカム構造体の前記セル構造部同士が隙間をあけて配置されて、前記隙間を形成する前記端面間において、各セル内を流通する前記第一の流体が相互に混合するとともに、
前記セルを流通する第一の流体と、前記ハニカム構造体の前記外周壁の外側を流通する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を介して第一の流体と第二の流体を熱交換させ、
隣り合う前記ハニカム構造体の前記セル構造部同士の前記隙間は、０．１〜１０ｍｍであり、
前記ハニカム構造体の長さが１２．０〜４０ｍｍである熱交換部材。
【請求項３】
直列に接続された前記ハニカム構造体のうち、少なくとも一つが、前記ハニカム構造体の中心軸を中心として回転して前記セルの隔壁の方向が他の前記ハニカム構造体に対しずれた配置とされて、前記隙間を形成する前記端面間おいて、各セル内を流通する前記第一の流体が相互に混合する請求項１または２に記載の熱交換部材。
【請求項４】
直列に接続された前記ハニカム構造体のうち、他のハニカム構造体とセル密度が異なるハニカム構造体が配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項５】
前記第一の流体の最も入口側に位置する前記ハニカム構造体のセル密度よりも、前記セル密度が大きい前記ハニカム構造体が前記入口側から２番目以降に配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項６】
前記第一の流体の入口側と出口側の前記ハニカム構造体の隔壁の厚さが異なる請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項７】
直列に接続された前記ハニカム構造体が同一セル構造であり、ある一つの前記ハニカム構造体のセル交点の位置に対し、他の少なくとも一つの前記ハニカム構造体のセル交点の位置がずれている請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項８】
前記ハニカム構造体は、前記端面から軸方向外側に延出して筒状に形成された延出外周壁を有し、前記ハニカム構造体同士を、前記延出外周壁を当接させて配置することにより、前記セル構造部同士が隙間をあけて配置されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項９】
軟金属、合金材料、及び炭素系材料のいずれかからなる熱抵抗低減層を、前記ハニカム構造体と前記金属管の間に備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項１０】
請求項９に記載の熱交換部材の製造方法であって、
前記ハニカム構造体に、前記熱抵抗低減層を挟んだ状態で前記金属管を焼きばめにより嵌合させる熱交換部材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換部材と、
前記熱交換部材を内部に含むケーシングと、を含み、
前記セルを流通する第一の流体と、前記ケーシング内の前記ハニカム構造体の前記外周壁の外側を流通する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を介して第一の流体と第二の流体を熱交換させる熱交換器。
【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）へ熱伝達する熱交換部材、その製造方法、及び熱交換部材を含む熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃費改善のため、エンジンなどの燃焼排ガスなどの高温気体から熱回収して有効利用したり、排ガスをエンジンの吸気側に再循環させる際に排ガスを冷却したりする技術が求められている。そして、排ガスなどの高温気体と冷却水などの液体を熱交換するための、気体／液体熱交換器が求められている。気体／液体熱交換器としては、自動車のラジエター、空調室外機などのフィン付チューブ型熱交換器が一般的である。しかしながら、例えば自動車排ガスのような気体と熱交換を行うには、一般的な金属製熱交換器は耐熱性に乏しく高温での使用が困難である。そこで、耐熱性、耐熱衝撃、耐腐食などを有するステンレス等の耐熱金属やセラミックス材料などが適している。耐熱金属で作製された熱交換器が知られているが、耐熱金属は価格が高い上に加工が難しい、密度が高く重い、熱伝導が低いなどの課題がある。【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】
しかし、特許文献１，２は、目封じやスリット加工などの工数が多く生産性が良くないためコストが高くなる。また気体／液体の流路が１列おきに配置されているので、配管構造、流体のシール構造が複雑となる。さらに、液体の熱伝達係数は一般的に気体に比べて１０〜１００倍以上大きく、これら技術では気体側の伝熱面積が不足し、熱交換器性能を律速する気体の伝熱面積に比例して熱交換器が大きくなってしまう。【０００６】
特許文献３，４には、ハニカム構造部とチューブ部分を別々に作製し、これらを接合させた熱交換器が開示されている。しかし、これらは、生産性が良くないためコストが高くなる傾向があった。【０００７】
一方、特許文献５には、セラミック製ハニカム構造体からなる蓄熱体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】特開昭６１−８３８９７号公報
【特許文献４】特開平２−１５０６９１号公報
【特許文献５】特開平９−２５７２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、特許文献１〜４の熱交換器は、構造が複雑であるため製造コストが高かった。そこで、ハニカム構造体の加工工程を少なくすることにより、製造コストを低減した熱交換器が求められてきた。【００１０】
一方、特許文献５には、セラミック製ハニカム構造体からなる蓄熱体が開示されている。これは、ハニカム構造体に特別な加工を施していないため、製造コストが高くならないものの、これを熱交換器とするには、さらなるアイディアの追加が必要である。【００１１】
本発明の課題は、ハニカム構造体を用いて、熱交換効率が向上した熱交換部材、その製造方法、及び熱交換部材を含む熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明によれば、以下の熱交換部材、その製造方法、及び熱交換部材を含む熱交換器が提供される。【００１３】
［１］  ＳｉＣを含む隔壁により区画形成され、一方の端面から他方の端面まで貫通し、第一の流体が流通する流路とされるセルを有するセル構造部と、前記セル構造部の外周に配設された外周壁とを備えたハニカム構造体が、少なくとも２つ以上直列に配置され、前記ハニカム構造体の外周面に嵌合した金属管を含む金属嵌合ハニカム構造体によって構成され、前記金属管は、少なくとも一方の端部に、他の前記金属管と接続可能な接続手段が設けられ、前記接続手段は、前記金属管の一方の前記端部の径が、他方の前記端部の径よりも大きく形成され、いずれかの前記端部に、径方向に突出した凸部が形成され、前記凸部が形成された前記端部と反対の前記端部に、径方向に凹んだ凹部が形成され、前記凸部と他の前記金属管の前記凹部とが嵌合することにより、接続されており、前記第一の流体は、前記ハニカム構造体の各セル内を、前記セル外に漏洩・混合することなく流通し、前記金属管同士を前記接続手段にて接続することにより、前記ハニカム構造体が直列に、かつ、直列に配置された前記ハニカム構造体のうち隣り合う少なくとも一組の前記ハニカム構造体の前記セル構造部同士が隙間をあけて配置されて、前記隙間を形成する前記端面間において、各セル内を流通する前記第一の流体が相互に混合するとともに、前記セルを流通する第一の流体と、前記ハニカム構造体の前記外周壁の外側を流通する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を介して第一の流体と第二の流体を熱交換させ、隣り合う前記ハニカム構造体の前記セル構造部同士の前記隙間は、０．１〜１０ｍｍであり、前記ハニカム構造体の長さが１２．０〜４０ｍｍである熱交換部材。
［２］  ＳｉＣを含む隔壁により区画形成され、一方の端面から他方の端面まで貫通し、第一の流体が流通する流路とされるセルを有するセル構造部と、前記セル構造部の外周に配設された外周壁とを備えたハニカム構造体が、少なくとも２つ以上直列に配置され、前記ハニカム構造体の外周面に嵌合した金属管を含む金属嵌合ハニカム構造体によって構成され、前記金属管は、少なくとも一方の端部に、他の前記金属管と接続可能な接続手段が設けられ、前記接続手段は、それぞれの前記端部に軸方向に凹んだ切欠き部が形成され、前記切欠き部に、他の前記金属管の前記切欠き部でない非切欠き部が嵌合することにより、接続されており、前記第一の流体は、前記ハニカム構造体の各セル内を、前記セル外に漏洩・混合することなく流通し、前記金属管同士を前記接続手段にて接続することにより、前記ハニカム構造体が直列に、かつ、直列に配置された前記ハニカム構造体のうち隣り合う少なくとも一組の前記ハニカム構造体の前記セル構造部同士が隙間をあけて配置されて、前記隙間を形成する前記端面間において、各セル内を流通する前記第一の流体が相互に混合するとともに、前記セルを流通する第一の流体と、前記ハニカム構造体の前記外周壁の外側を流通する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を介して第一の流体と第二の流体を熱交換させ、隣り合う前記ハニカム構造体の前記セル構造部同士の前記隙間は、０．１〜１０ｍｍであり、前記ハニカム構造体の長さが１２．０〜４０ｍｍである熱交換部材。
【００１５】
［３］  直列に接続された前記ハニカム構造体のうち、少なくとも一つが、前記ハニカム構造体の中心軸を中心として回転して前記セルの隔壁の方向が他の前記ハニカム構造体に対しずれた配置とされて、前記隙間を形成する前記端面間おいて、各セル内を流通する前記第一の流体が相互に混合する前記［１］または［２］に記載の熱交換部材。
【００１６】
［４］  直列に接続された前記ハニカム構造体のうち、他のハニカム構造体とセル密度が異なるハニカム構造体が配置されている前記［１］〜［３］に記載の熱交換部材。
【００１７】
［５］  前記第一の流体の最も入口側に位置する前記ハニカム構造体のセル密度よりも、前記セル密度が大きい前記ハニカム構造体が前記入口側から２番目以降に配置されている前記［１］〜［４］のいずれかに記載の熱交換部材。
【００１８】
［６］  前記第一の流体の入口側と出口側の前記ハニカム構造体の隔壁の厚さが異なる前記［１］〜［５］のいずれかに記載の熱交換部材。
【００１９】
［７］  直列に接続された前記ハニカム構造体が同一セル構造であり、ある一つの前記ハニカム構造体のセル交点の位置に対し、他の少なくとも一つの前記ハニカム構造体のセル交点の位置がずれている前記［１］〜［３］のいずれかに記載の熱交換部材。
【００２０】
［８］  前記ハニカム構造体は、前記端面から軸方向外側に延出して筒状に形成された延出外周壁を有し、前記ハニカム構造体同士を、前記延出外周壁を当接させて配置することにより、前記セル構造部同士が隙間をあけて配置されている前記［１］〜［７］のいずれかに記載の熱交換部材。
【００２５】
［９］  軟金属、合金材料、及び炭素系材料のいずれかからなる熱抵抗低減層を、前記ハニカム構造体と前記金属管の間に備える前記［１］〜［９］のいずれかに記載の熱交換部材。
【００２６】
［１０］  前記［９］に記載の熱交換部材の製造方法であって、前記ハニカム構造体に、前記熱抵抗低減層を挟んだ状態で前記金属管を焼きばめにより嵌合させる熱交換部材の製造方法。
【００２７】
［１１］  前記［１］〜［９］のいずれかに記載の熱交換部材と、前記熱交換部材を内部に含むケーシングと、を含み、前記セルを流通する第一の流体と、前記ケーシング内の前記ハニカム構造体の前記外周壁の外側を流通する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を介して第一の流体と第二の流体を熱交換させる熱交換器。
【発明の効果】
【００２８】
複数のハニカム構造体を直列に配置し、ハニカム構造体のセル構造部同士を隙間をあけて配置すると、隙間をあけない場合に比べ、セル内を流通する第一の流体から隔壁および外周壁への熱伝達が促進され、熱交換効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】金属管でハニカム構造体同士が接続された熱交換部材の実施形態を示す断面模式図である。
【図１Ｂ】金属管内にハニカム構造体が配置されている熱交換部材の実施形態を示す断面模式図である。
【図２】延出外周壁が形成されたハニカム構造体を接続して形成された熱交換部材の実施形態を示す断面模式図である。
【図３Ａ】金属嵌合ハニカム構造体によって構成された熱交換部材の軸方向に平行な断面で切断した断面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ矢視図である。
【図４】ハニカム構造体と金属管とを一体として金属嵌合ハニカム構造体を製造する工程を示す模式図である。
【図５】ハニカム構造体同士が隙間をあけて配置されている熱交換部材の実施形態を示す模式図である。
【図６Ａ】金属管に凸部及び凹部が形成された実施形態を示す模式図である。
【図６Ｂ】凸部及び凹部が形成された金属管によって接続された熱交換部材の実施形態を示す模式図である。
【図７Ａ】図６ＡのＢ矢視図である。
【図７Ｂ】図６ＡのＣ矢視図である。
【図８】凹部の他の実施形態を示す模式図である。
【図９Ａ】金属管に凸部が形成された他の実施形態を示す模式図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す凸部が形成された金属管によって接続された熱交換部材の他の実施形態を示す模式図である。
【図１０】金属管に切欠き部が形成された実施形態を示す模式図である。
【図１１Ａ】ハニカム構造体のセルの角度を互いにずらして接続した熱交換部材の実施形態を示す模式図である。
【図１１Ｂ】隣り合うハニカム構造体のセルのセル密度が互いに異なるようにして接続された熱交換部材の実施形態を示す模式図である。
【図１１Ｃ】最も入口側のハニカム構造体のセル密度よりも、２番目のハニカム構造体のセル密度が大きく、さらに３番目のハニカム構造体のセル密度が大きい実施形態を示す模式図である。
【図１１Ｄ】２番目のハニカム構造体のセル密度が最も大きく、３番目のハニカム構造体のセル密度が、次に大きい実施形態を示す模式図である。
【図１１Ｅ】２番目のハニカム構造体のセル密度を大きくし、１番目と３番目のハニカム構造体のセル密度が同じである実施形態を示す模式図である。
【図１１Ｆ】直列に接続されたハニカム構造体が同一セル構造であり、ある一つのハニカム構造体のセル交点の位置に対し、他のハニカム構造体のセル交点の位置がずれている実施形態を示す模式図である。
【図１１Ｇ】直列に接続されたハニカム構造体が同一セル構造であり、ある一つのハニカム構造体のセル交点の位置に対し、他のハニカム構造体のセル交点の位置がずれている他の実施形態を示す模式図である。
【図１２Ａ】ハニカム構造体と金属管との間にグラファイトシートを有する熱交換部材の実施形態を示す模式図である。
【図１２Ｂ】ハニカム構造体と金属管との間にグラファイトシートを有する熱交換部材の他の実施形態を示す模式図である。
【図１３】本発明の熱交換部材を含む熱交換器の一実施形態を示す模式図である。
【図１４Ａ】比較例１を示す模式図である。
【図１４Ｂ】比較例２を示す模式図である。
【図１４Ｃ】比較例３を示す模式図である。
【図１４Ｄ】実施例１を示す模式図である。
【図１４Ｅ】実施例２を示す模式図である。
【図１５Ａ】比較例４を示す模式図である。
【図１５Ｂ】実施例８を示す模式図である。
【図１５Ｃ】比較例５を示す模式図である。
【図１５Ｄ】実施例９を示す模式図である。
【図１６Ａ】２つのハニカム構造体が直列に接続されている場合のハニカム構造体の軸方向の端面を示す模式図であり、２番目のハニカム構造体は、１番目のハニカム構造体と同一セル構造であり、中心軸を中心として回転している実施形態を示す模式図である。
【図１６Ｂ】２番目のハニカム構造体のセル密度が、１番目のハニカム構造体のセル密度よりも大きく、２番目のハニカム構造体が、中心軸を中心として回転している実施形態を示す模式図である。
【図１６Ｃ】２番目のハニカム構造体が、１番目のハニカム構造体と同一セル構造であり、セル交点の位置がずれている実施形態を示す模式図である。
【図１６Ｄ】２番目のハニカム構造体が、１番目のハニカム構造体と同一セル構造であり、セル交点の位置がずれ、さらに回転している実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
本発明の熱交換部材１０は、ＳｉＣを含む隔壁４により区画形成され、一方の端面２から他方の端面２まで貫通し、第一の流体が流通する流路とされるセル３を有するセル構造部８と、セル構造部８の外周に配設された外周壁７と、を備えたハニカム構造体１が、少なくとも２つ以上直列に配置された熱交換部材である。第一の流体は、ハニカム構造体１の各セル３内を、セル３外に漏洩・混合することなく流通する。つまり、あるセル３内を流れる第一の流体が、隔壁４を通って他のセル３に漏洩することはないようにハニカム構造体１が形成されている。また、熱交換部材１０は、直列に配置されたハニカム構造体１のうち隣り合う少なくとも一組のハニカム構造体１のセル構造部８同士が隙間１７をあけて配置されており、隙間１７を形成する端面２間おいて、各セル３内を流通する第一の流体が相互に混合する。そして、セル３を流通する第一の流体と、ハニカム構造体１の外周壁７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を介して第一の流体と第二の流体を熱交換させることができる。
【００３２】
図１Ａ、及び図１Ｂに熱交換部材１０の実施形態を示す断面模式図を示す。図１Ａに示す熱交換部材１０は、金属管１２で２つのハニカム構造体１（ハニカム構造体１の斜視図については、図４参照。）の端部が接続されている。そして、ハニカム構造体１同士に隙間１７があいている。ハニカム構造体１間に、言い換えるとセル構造部８間に、隙間１７をあけて配置することにより、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。図１Ｂに示す熱交換部材１０は、金属管１２の内部に、２つのハニカム構造体１が隙間１７をあけて配置されている。
【００３３】
隙間１７は、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．５〜５ｍｍがさらに好ましい。隙間を０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下とすることにより、セル３内を流通する第一の流体から隔壁４および外周壁７への熱伝達を十分なものとすることができる。そして、熱交換効率を向上させることができる。
【００３４】
図１Ａ、及び図１Ｂのいずれの実施形態においても、ハニカム構造体１が３つ以上接続されていてもよい。その場合、少なくとも一組のハニカム構造体１同士が隙間１７をあけて配置されることが好ましく、すべてのハニカム構造体１同士に隙間１７があいていることがより好ましい。２以上の隙間１７が存在する場合には、相互に異なる間隔であっても、同一の間隔であってもよい。
【００３５】
図２に熱交換部材１０の他の実施形態を示す。ハニカム構造体１は、端面２から軸方向外側に延出して筒状に形成された延出外周壁７ａを有し、ハニカム構造体１同士を、延出外周壁７ａを当接させて配置することにより、セル構造部８同士が隙間１７をあけて配置されている。
【００３６】
図３Ａに、本発明の熱交換部材１０の軸方向に平行な断面で切断した断面図を示す。また、図３Ｂに図３ＡのＡ矢視図を示す。ハニカム構造体１の外周面７ｈに嵌合した金属管１２を含む金属嵌合ハニカム構造体１１によって構成された熱交換部材１０（単体）である。金属管１２は、少なくとも一方の端部に、他の金属管１２と接続可能な接続手段が設けられている。金属管１２同士が接続手段にて接続されることにより、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をあけて配置される。熱交換部材１０は、セル３を流通する第一の流体と、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ことができる。
【００３７】
接続手段の一実施形態としては、図３Ａ及び図４に示すように、金属管１２の一方の端部１２ａの径が、他方の端部１２ｂの径よりも大きく形成されたものである。すなわち、金属管１２の一方の端部１２ａ側は、大径、他方の端部１２ｂ側は、小径とされて、大径部１２ｆ、小径部１２ｇが形成されている。金属管１２の小径は、ちょうどハニカム構造体１が嵌合する径とされている。金属管１２の大径は、ハニカム構造体１の外径よりも大きく形成されている。これにより、図５に示すように、ある金属管１２の一方の端部１２ａに、他の金属管１２の他方の端部１２ｂを挿入させて嵌合させることにより、金属管１２同士を接続することができる。
【００３８】
次に本発明の熱交換部材１０の製造方法を説明する。図４は、ハニカム構造体１と金属管１２とを一体として金属嵌合ハニカム構造体１１を製造する工程を示す模式図である。まず、図４に示すように、ＳｉＣを含む隔壁４により区画形成され、一方の端面２から他方の端面２まで貫通し、第一の流体が流通する流路とされるセル３と、セル３の外周に配設された外周壁７と、を備えたハニカム構造体１の外周面７ｈに、端部に他の金属管１２と接続可能な接続手段が設けられている金属管１２を嵌合させ、図３Ａ及び図３Ｂに示すような金属嵌合ハニカム構造体１１（熱交換部材１０）とする。
【００３９】
そして、図５に示すように、金属嵌合ハニカム構造体１１（熱交換部材１０）の金属管１２同士を接続手段にて接続することにより、ハニカム構造体１を直列に配置する。すなわち、大径部１２ｆと小径部１２ｇとが接続手段であり、金属管１２同士を接続手段にて接続することにより、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とで、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。
【００４０】
金属嵌合ハニカム構造体１１同士の接続は、すなわち、金属管１２同士の接続は、金属管１２の圧入、焼きばめ、かしめなどの機械締めで行うことができる。
【００４１】
また、金属嵌合ハニカム構造体１１同士の接続は、金属管１２のろう接、溶接のいずれかの化学接合で行うことができる。
【００４２】
金属嵌合ハニカム構造体１１を１ユニットとし、複数の金属嵌合ハニカム構造体１１をつなぎ合わせて熱交換部材１０として使用することができる。このため、隣り合うハニカム構造体１同士に隙間１７をあける、ハニカム構造体１のセル３の角度を互いに異ならせる等の設計の自由度が増す。
【００４３】
金属管１２としては、耐熱性、耐蝕性のあるものが好ましく、例えば、ステンレス、チタン、銅、真鍮等を用いることができる。接続部分が金属で形成されているため、圧入、焼きばめ、かしめなどの機械締め、ろう接、溶接などの化学接合を、用途や保有設備に応じて自由に選択することができる。
【００４４】
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。
【００４５】
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状、レーストラック形状、その他の異形状であってもよい。また、断面が四角形、またはその他の多角形で、外形が角柱状であってもよい。
【００４６】
ハニカム構造体１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、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。
【００４７】
但し、必ずしもハニカム構造体１の全体がＳｉＣ（炭化珪素）で構成されている必要はなく、ＳｉＣ（炭化珪素）が本体中に含まれていれば良い。即ち、ハニカム構造体１は、ＳｉＣ（炭化珪素）を含むセラミックスからなるものであることが好ましい。
【００４８】
但し、ＳｉＣ（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、ハニカム構造体１の作製過程でシリコンを含浸させて緻密体構造とすることが好ましい。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、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、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度とすることができる。また、本明細書において、緻密体とは、気孔率２０％以下のものをいうことにする。
【００４９】
ハニカム構造体１として、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、再結晶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、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣを採用することができる。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、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ］材料からなるハニカム構造体１は、耐熱性、耐熱衝撃性、耐酸化性をはじめ、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。
【００５０】
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、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。
【００５１】
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／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）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。
【００５２】
また、ハニカム構造体１の１つ当たりのセル数は、１〜１０，０００が望ましく、２００〜２，０００が特に望ましい。セル数が多すぎるとハニカム自体が大きくなるため第一の流体側から第二の流体側までの熱伝導距離が長くなり、熱伝導ロスが大きくなり熱流束が小さくなる。またセル数が少ない時には第一の流体側の熱伝達面積が小さくなり第一の流体側の熱抵抗を下げることが出来ず熱流束が小さくなる。
【００５３】
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以上とすると、機械的強度が向上して衝撃や熱応力によって破損しにくい。一方、２ｍｍを以下とすると、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が発生しない。
【００５４】
ハニカム構造体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。上記の範囲のとすることにより、ハニカム構造体１を強固なものとすることができる。また、熱伝導率を向上させる効果も得られる。
【００５５】
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内の熱を金属管１２の外側に排出できる。
【００５６】
熱交換部材１０を用いた熱交換器３０（図１３参照）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）が通過するハニカム構造体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、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。
【００５７】
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）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。この範囲とすることにより、触媒作用が十分発現する。また、圧損が大きくなる他、製造コストが上昇するおそれを防止することができる。
【００５８】
図６Ａ〜図６Ｂ、及び図７Ａ〜図７Ｂに、金属管１２に凸部１２ｍ及び凹部１２ｎが形成された実施形態を示す。図６Ａは、金属管１２に凸部１２ｍ及び凹部１２ｎが形成された実施形態を示す模式図である。また、図６Ｂは、凸部１２ｍ及び凹部１２ｎが形成された金属管１２によって接続された熱交換部材１０の実施形態を示す模式図である。さらに図７Ａは、図６ＡのＢ矢視図、図７Ｂは、図６ＡのＣ矢視図である。
【００５９】
図６Ａ〜図６Ｂ、及び図７Ａ〜図７Ｂに示す実施形態では、接続手段として、金属管１２の一方の端部１２ａの径が、他方の端部１２ｂの径よりも大きく形成されており、さらに、一方の端部１２ａに、径方向に内側に突出した凸部１２ｍが形成されている。さらに、凸部１２ｍが形成された端部と反対の端部に、径方向に凹んだ凹部１２ｎが形成されている。図６Ｂに示すように、凹部１２ｎは、溝部として形成されている。これにより、ある金属管１２の凸部１２ｍと他の金属管１２の凹部１２ｎとが嵌合することにより、金属管１２同士が接続される。
【００６０】
図８は、凹部１２ｎの他の実施形態を示す模式図である。図８では、有底の溝部として凹部１２ｎが形成されている。
【００６１】
図９Ａは、金属管１２に凸部１２ｍが形成された他の実施形態を示す模式図である。また、図９Ｂは、図９Ａに示す凸部１２ｍが形成された金属管１２によって接続された熱交換部材１０の他の実施形態を示す模式図である。小径部１２ｇの他方の端部１２ｂに、径方向に外側に突出した凸部１２ｍが形成されている。さらに、凸部１２ｍが形成された端部と反対側の大径部１２ｆの端部である、一方の端部１２ａに、径方向に凹んだ凹部１２ｎが形成されている。これにより、ある金属管１２の凸部１２ｍと他の金属管１２の凹部１２ｎとが嵌合することにより、金属管１２同士が接続される。
【００６２】
図１０は、金属管１２に切欠き部１２ｐが形成された実施形態を示す模式図である。すなわち、接続手段として、それぞれの端部に軸方向に凹んだ切欠き部１２ｐが形成されている。また、切欠き部１２ｐ以外の残余の部分は、非切欠き部１２ｑとされている。ある金属管１２の切欠き部１２ｐに、他の金属管１２の切欠き部でない非切欠き部１２ｑが嵌合することにより、金属管１２同士を接続される。
【００６３】
図１１Ａに示すように、ハニカム構造体１のセル３の角度を互いにずらして接続することも好ましい（なお、図１１Ａでは、金属管１２は、簡略化して描かれている。また、図１１Ｂ〜図１１Ｇも同様である。）。すなわち、少なくとも一つのハニカム構造体１が、ハニカム構造体１の中心軸を中心として回転してセル３の隔壁の方向が他のハニカム構造体１に対しずれた配置とされていることも好ましい。このようにすることにより、セル３を通過する流体の流路抵抗を増加させる効果が得られる。また、隙間１７を形成する端面２間おいて、各セル３内を流通する第一の流体が相互に混合する。これにより、流体との熱の授受を増加させることができる。
【００６４】
図１６Ａは、２つのハニカム構造体１が直列に接続されている場合のハニカム構造体１の軸方向の端面２を示す模式図である。第一の流体の入口側のハニカム構造体１を１番目、出口側のハニカム構造体１を２番目として示す。２番目のハニカム構造体１は、１番目のハニカム構造体１と同一セル構造であり、図１１Ａと同様に、中心軸を中心として回転している。ここで同一セル構造とは、セルの形状、ピッチ、隔壁厚さ等が同一のセル構造をいう（ただし、本明細書において、同一セル構造とは、セル交点３ａの位置がずれたものも含み、セル交点３ａの位置がずれたものは、交点ずれ同一セル構造ともいうこともある。）。
【００６５】
なお、２つのハニカム構造体１が直列に接続された例を説明したが、３つ以上のハニカム構造体１が直列に接続され、２番目と３番目が上記のような回転の関係になっていてもよい。すなわち、ｎ番目（ｎ＝１，２，３・・・）とｎ＋１番目が上記のような回転の関係になっていてもよい。
【００６６】
また、図１１Ｂに示すように、隣り合うハニカム構造体１のセル３のセル密度が互いに異なるようにして接続することも好ましい。このようにすることにより、セル３を通過する流体の流路抵抗を増加させる効果が得られる。これにより、流体との熱の授受を増加させることができる。また、第一の流体の入口側と出口側のハニカム構造体１の隔壁の厚さが異なるように構成することもできる。なお、図１１Ｂは、入口側のハニカム構造体１のセル密度よりも、出口側のハニカム構造体１のセル密度が大きい実施形態である。
【００６７】
図１１Ｃは、第一の流体の最も入口側に位置するハニカム構造体１のセル密度よりも、セル密度が大きいハニカム構造体１が入口側から２番目以降（２番目も含む）に配置されている実施形態を示す。１番目（最も入口側）のハニカム構造体１のセル密度よりも、２番目のハニカム構造体１のセル密度が大きく、さらに３番目のハニカム構造体１のセル密度が大きい。第一の流体の速度が速いほど、熱が回収されずに後段の出口側まで抜けてしまうが、セル密度の大きいハニカム構造体１を備えることで熱を十分に回収できる。すなわち、第一の流体の速度が速い場合は、後段の方にセル密度の大きいハニカム構造体１を備えることにより、熱交換効率を向上させることができる。
【００６８】
図１１Ｄは、第一の流体の最も入口側に位置するハニカム構造体１のセル密度よりも、セル密度が大きいハニカム構造体１が入口側から２番目以降に配置されている他の実施形態を示す。本実施形態では、２番目のハニカム構造体１のセル密度が最も大きく、３番目のハニカム構造体１のセル密度は、１番目のハニカム構造体１のセル密度よりは大きいが、２番目のハニカム構造体１のセル密度よりは、小さい。第一の流体の速度が遅いほど前段の入口側で大半が熱回収されるが、セル密度の大きいハニカム構造体１を２番目に配置すると、圧力損失の上昇を抑制しつつ、第一の流体の熱を効率良く回収できる。すなわち、第一の流体の速度が遅い場合は、２番目のハニカム構造体１のセル密度を大きくすることにより、熱交換効率を向上させることができる。
【００６９】
図１１Ｅも、２番目のハニカム構造体１のセル密度を大きくした実施形態である。本実施形態では、１番目と３番目のハニカム構造体１のセル密度が同じである。本実施形態では、第一の流体の速度が速い場合に熱交換効率を向上させることができるとともに、３番目のセル密度が大きくないため、圧力損失を抑えることができる。
【００７０】
すべてのハニカム構造体１のセル密度を大きくすると、圧力損失が大きくなるが、第一の流体の速度に合わせて、後段のハニカム構造体１のセル密度を１番目のハニカム構造体１のセル密度よりも大きくすることにより、圧力損失を抑えつつ熱交換効率を向上させることができる。
【００７１】
なお、図１１Ｃ〜図１１Ｅにて、３つのハニカム構造体１が直列に配置された実施形態を説明したが、４つ以上のハニカム構造体１が配置されている場合でも、２番目以降のハニカム構造体１のセル密度を１番目のハニカム構造体１のセル密度よりも大きくすることにより、熱交換効率を向上させることができる。
【００７２】
図１６Ｂは、２つのハニカム構造体１が直列に接続されている場合のハニカム構造体１の軸方向の端面２を示す模式図である。２番目のハニカム構造体１のセル密度が、１番目のハニカム構造体１のセル密度よりも大きく、２番目のハニカム構造体１が、中心軸を中心として回転している実施形態である。このように、２番目のハニカム構造体１のセル密度を大きくするとともに、回転させることにより、熱交換効率を向上させることができる。
【００７３】
図１１Ｆは、直列に接続されたハニカム構造体１が同一セル構造であり、ある一つのハニカム構造体１のセル交点３ａの位置に対し、他の少なくとも一つのハニカム構造体のセル交点３ａの位置がずれている実施形態を示す。すなわち、１番目のハニカム構造体１のセル３に流入した第一の流体は、２番目のハニカム構造体１のセル交点３ａに当たりやすくなり、言い換えると、端面２の隔壁４に当たりやすくなり、熱交換効率を向上させることができる。図１１Ｆは、縦横の両方向にセル交点３ａの位置がずれているのに対し、図１１Ｇは、一方向のみにセル交点３ａの位置がずれている実施形態である。
【００７４】
図１６Ｃは、２つのハニカム構造体１が直列に接続されている場合のハニカム構造体１の軸方向の端面２を示す模式図である。２番目のハニカム構造体１が、１番目のハニカム構造体１と同一セル構造であり、セル交点３ａの位置がずれている交点ずれ同一セル構造の実施形態である。
【００７５】
図１６Ｄも、２つのハニカム構造体１が直列に接続されている場合のハニカム構造体１の軸方向の端面２を示す模式図である。２番目のハニカム構造体１が、１番目のハニカム構造体１と同一セル構造であり、セル交点３ａの位置がずれた交点ずれ同一セル構造の実施形態である。さらに、交点ずれ同一セル構造の２番目のハニカム構造体１が、中心軸を中心として回転している。２番目のハニカム構造体１のセル交点３ａの位置が１番目のハニカム構造体１のセル交点３ａの位置に対しずれているとともに、回転しているため、１番目のハニカム構造体１のセル３を通過した第一の流体は、２番目のハニカム構造体１のセル交点３ａの位置に当たりやすくなり、熱交換効率を向上させることができる。
【００７６】
図１２Ａ及び図１２Ｂに、ハニカム構造体１と、ハニカム構造体１の外周面に嵌合する金属管１２との間に、界面の接触熱抵抗を低減し、熱交換効率を向上させるための熱抵抗低減層１３を有する熱交換部材１０の実施形態を示す。熱抵抗低減層１３の材質としては、アルミニウム、銅、鉛等の軟金属や、はんだ等の合金材料、あるいはグラファイトシート等の炭素系材料が望ましい。
【００７７】
金属管１２とハニカム構造体１とは、熱抵抗低減層１３を挟んだ状態で、焼きばめにより嵌合することができる。金属管１２とハニカム構造体１とを一体化することにより、第一の流体と第二の流体とが混ざり合うことを防止することができる。
【００７８】
図１３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１３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。
【００７９】
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や外周壁７、金属管１２によって隔たれて熱伝導可能とされており、第一流体流通部５を流通する第一の流体の熱を隔壁４、外周壁７、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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。続いて、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と金属管１２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。熱交換部材１０をケーシング２１内に配置することにより、熱交換器３０とすることができる。
【実施例】
【００８４】
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。【００８５】
１．熱交換器の作製
（坏土の作製）
まず、平均粒径３５μｍのＳｉＣ粉末１００質量部に、バインダー４質量部、水を混ぜ合わせ、ニーダーを用いて混練することにより、混練物を得た。この混練物を真空土練機に投入し、円柱状の坏土を作製した。【００８６】
（押出成形）
次に、坏土を押出成形してハニカム成形体を形成した。押出成形では、適当な形態の口金や治具を選択することにより、外周壁７の形状や厚さ、隔壁４の厚さ、セル３の形状、セル密度などを所望のものにした。口金は、摩耗し難い超硬合金で作られたものを用いた。ハニカム成形体については、外周壁７を円筒形状とし、外周壁７の内部を隔壁４により四角形の格子状に区分された構造となるように形成した。また、これらの隔壁４については、互いに直交する方向のそれぞれで等間隔に並行し、かつ、真っすぐに外周壁７の内部を横切るように形成した。これにより、外周壁７の内部の最外周部以外にあるセル３の断面形状を正方形にした。【００８７】
（乾燥）
次に、押出成形により得たハニカム成形体の乾燥を行った。まず、ハニカム成形体を電磁波加熱方式で乾燥し、続いて、外部加熱方式で乾燥を行った。こうした二段階の乾燥により、乾燥前のハニカム成形体に含まれる全水分量の９７％以上に相当する水分をハニカム成形体から除去した。【００８８】
（脱脂、Ｓｉ金属の含浸および焼成）
次に、ハニカム成形体に対して窒素雰囲気で５００℃、５時間の脱脂を行った。さらに、こうした脱脂により得られたハニカム構造体１の上に金属Ｓｉの塊を載せ、真空中または減圧の不活性ガス中で、１４５０℃、４時間、焼成をした。この焼成中に、ハニカム構造体１の上に載せた金属Ｓｉの塊を融解させ、外周壁７や隔壁４に金属Ｓｉを含浸させた。外周壁７や隔壁４の熱伝導率を１００Ｗ／ｍ・Ｋにする場合には、ハニカム構造体１００質量部に対して７０質量部の金属Ｓｉの塊を使用した。また、外周壁７や隔壁４の熱伝導率を１５０Ｗ／ｍ・Ｋにする場合には、ハニカム構造体１００質量部に対して８０質量部の金属Ｓｉの塊を使用した。こうした焼成を経て、ハニカム構造体１を得た。【００８９】
（金属管）
ステンレスの金属管をハニカム構造体１の外周面７ｈに嵌合させて熱交換部材１０を製造した（図１Ｂ参照）。熱交換部材１０のより詳細な形態などに関しては、以下で、各実施例および各比較例を個別に説明する際に述べる。【００９０】
（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１３参照）。【００９１】
（実施例１〜７、参考例１、比較例１〜３）
図１４Ａは、比較例１、図１４Ｂは、比較例２、図１４Ｃは、比較例３、図１４Ｄは、実施例１、３〜７、参考例１、図１４Ｅは、実施例２を示す模式図である（これらの図は簡略化されて描かれており、ハニカム構造体１の配置を示す）。比較例１は、１つのハニカム構造体１で熱交換部材１０が構成されたものである。比較例２は、２つのハニカム構造体１で、比較例３は、５つのハニカム構造体１で熱交換部材１０が構成されたものであるが、ハニカム構造体１同士に隙間１７がなく密着して配置されたものである。実施例１，２は、５つのハニカム構造体１で熱交換部材１０が構成され、ハニカム構造体１同士が隙間１７をあけて配置されたものである（表１の「ハニカム構造体同士の隙間」参照）。実施例１は、セルの方向が揃っているが、実施例２では、セルの方向をずらして配置している。実施例３〜７、参考例１は、実施例１と同様に、セルの方向を揃えて、ハニカム構造体１同士が隙間１７をあけて配置されたものであるが、隙間１７の間隔が異なっている。
【００９２】
２．試験
（熱交換効率試験）
第一の流体を熱伝導部材のハニカム構造体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（Ｎ２）を用いて、ハニカム構造体１の第一流体流通部５に３５０℃で１５ｇ／ｓの流量を流した。また、第二の流体として水を用いて、ケーシング２１内の第二流体流通部６に４０℃で１０Ｌ／ｍｉｎの流量を流した。【００９３】
（試験結果）
表１に熱交換効率を示す。熱交換効率（％）は、第一の流体（窒素ガス）及び第二の流体（水）のΔＴ℃（ハニカム構造体１の出口温度−入口温度）からそれぞれのエネルギー量を算出し、式１で計算した。
（式１）  熱交換効率（％）＝（第一の流体（ガス）の入口温度−第一の流体（ガス）出口温度）／（第一の流体（ガス）の入口温度−第二の流体（冷却水）の入口温度）【００９４】
（圧力損失の測定）
上述した熱交換試験において、熱交換部材１０の前後に位置する窒素ガスの流路内に、それぞれ圧力計を配置した。これらの圧力計の測定値から得られた差圧から、熱交換部材１０内（セル３内）を流れる窒素ガスの圧力損失を測定した。【００９５】
【表１】
0006006204.tif 000002
【００９６】
隣接するハニカム構造体１間に隙間１７を有する実施例１〜７、参考例１は、全長は比較例１〜３の全長と同じであり、第一の流体の接触面積が小さくなっているにもかかわらず比較例１〜３に比べ、熱交換効率が向上した。なお、参考例１は、比較例３と比較すると、熱交換効率が小さいが、ハニカム構造体１の長さが短いため、熱交換効率は向上していると言える。ただし、隙間１７による熱交換効率の向上の効果は、隙間１７を１１ｍｍ（参考例１）とすることにより、減少していると言える。したがって、隙間１７は、０．１〜１０ｍｍが好ましかった。また、セルの方向をずらして配置した実施例２は、セルの方向が揃った実施例１よりも熱交換効率が向上した。また、実施例１〜７、参考例１の全長は、比較例１〜３の全長と同じであるが、圧力損失についても、実施例１〜７、参考例１は、比較例１〜３に比べ小さくなった。
【００９７】
（実施例８、９、比較例４、５）
図１５Ａは、比較例４、図１５Ｂは、実施例８、図１５Ｃは、比較例５、図１５Ｄは、実施例９を示す模式図である。比較例４、５は、１つのハニカム構造体１で熱交換部材１０が構成されたものである。実施例８、９は、セル密度が異なる３つのハニカム構造体１で熱交換部材１０が構成されたものである。図の左側が上流（入口側）、右側が下流（出口側）である。
【００９８】
【表２】
0006006204.tif 000003
【００９９】
比較例４に対し実施例８は、隣接するハニカム構造体１同士に隙間１７をあけて配置するとともに、上流側のセル密度を小さくしたため、熱交換効率が向上し、圧力損失が小さくなった。また、比較例５に対し実施例９は、隣接するハニカム構造体１同士に隙間１７をあけて配置するとともに、上流側のセル密度を小さくしたため、第一の流体の接触面積が小さくなっているにもかかわらず熱交換効率が向上し、圧力損失が小さくなった。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
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。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】
【０１０１】
１：ハニカム構造体、２：（軸方向の）端面、３：セル、３ａ：セル交点、４：隔壁、５：第一流体流通部、６：第二流体流通部、７：外周壁、７ａ：延出外周壁、７ｈ：（ハニカム構造体の）外周面、８：セル構造部、１０：熱交換部材、１１：金属嵌合ハニカム構造体、１２：金属管、１２ａ：金属管の一方の端部、１２ｂ：金属管の他方の端部、１２ｆ：大径部、１２ｇ：小径部、１２ｈ：（金属管の）外周面、１２ｍ：凸部、１２ｎ：凹部、１２ｐ：切欠き部、１２ｑ：非切欠き部、１３：熱抵抗低減層、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】
0006006204.tif 000004
【図１Ｂ】
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【図２】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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