(57)【要約】      （修正有）【課題】ハニカム構造体に新しい機能を付与し、新しい流体の流れを扱うことのできるハニカム構造体を用いた熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１０００は、第１端面１１と第２端面１２と第１側壁２１と第２側壁２２とを有し、内壁５０によって仕切られ第１端面から第２端面に延びる複数の流路６０を有する。接続孔３０は、第１の開口３１と、第１の開口３１に対向する複数の内壁に形成され複数の流路を接続する第２の開口３２とを有する。第１の開口または第２の開口を有する流路は、第１端面および第２端面にそれぞれ封止部７０を有し、第１の空間４１を構成する。その他の流路は、第１端面から第２端面に延びる第２の空間４２を構成する。第１の空間と、第２の空間は内壁で互いに隔離されている。そして、第１の空間または第２の空間の内面に触媒層４３を担持したので、排気ガス中に含まれている有害ガスを浄化する機能を付与することができる。【選択図】図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１端面と第２端面と第１側壁と第２側壁とを有し、内壁によって仕切られ前記第１端面から前記第２端面に延びる複数の流路を有するセラミック製のハニカム構造体を用いた熱交換器において、
前記第１側壁または前記第２側壁に形成された第１の開口と、
前記第１の開口に対向する複数の前記内壁に形成され複数の前記流路を接続する第２の開口と、からなる接続孔を有し、
前記第１の開口または前記第２の開口を有する前記流路は前記第１端面および前記第２端面にそれぞれ封止部を有し、前記第１の開口または前記第２の開口を有する前記流路は前記接続孔で接続されることにより第１の空間を構成するとともに、
前記第１の開口および前記第２の開口のない前記流路は、前記第１端面から前記第２端面に延びる第２の空間を構成し、
前記第１の空間と、前記第２の空間とは前記内壁で互いに隔離されているとともに、前記第１の空間または前記第２の空間の内面に触媒層を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記接続孔を複数有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記接続孔は、前記第１側壁または前記第２側壁が面する複数の前記流路に交互に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１の空間は、複数の前記接続孔を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記熱交換器は、前記接続孔を前記第１側面および前記第２側面にそれぞれ有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１の開口および前記第２の開口は、スリット状に構成され、
前記第１の開口の長さは、前記第２の開口の長さよりも長いことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
複数の前記第２の開口は、前記第１の開口に向かって順に長くなっていることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第１の開口および前記第２の開口は、スリット状に構成され、
前記第１の開口の長さおよび、複数の前記第２の開口の長さは、いずれも等しいことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記接続孔は５層以上の前記第２の開口が積み重なっていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記接続孔は、１０層以上の前記第２の開口が積み重なっていることを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記セラミックは、炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック製のハニカム構造体を用いた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハニカム構造体は、内部が内壁によって仕切られた多数の流路で構成されている。ハニカム構造体の流路を流体が通過する際に、内壁を介して熱、物質などを移動させることができるので、熱交換器として広く利用されている。
【０００３】
中でもセラミック製のハニカム構造体は、耐熱性、化学的安定性に優れるので、高い温度、腐食性環境下で使用される熱交換器に用いられている。
特許文献１には、内側を貫流する流体と外側に存在する流体との間で熱量の交換を行わせる多孔質炭化珪素焼結体製のエレメントを備えた高温用熱交換器であって、前記エレメントは長手方向に延びた複数のセルを有するハニカム構造体であることを特徴とした高温用熱交換器が記載されている。このようなハニカム構造体を用いた熱交換器によれば強度に優れると共に、温度の異なる流体間での熱量の交換を効率良く行わせることができることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３４５５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セラミックがハニカム構造体に用いられるのは、材料を構成する原子が共有結合で強く結合し、高強度、耐熱性、耐腐食性を有しているからである。一方、このような共有結合の特長によって、セラミック材料は、硬く、脆い材料となる。
このため、セラミック製のハニカム構造体は、押出成形など単純な成形方法によって製造され、一方向に流路が並んだ単純な形状である。このような形状であるため、ハニカム構造体を適用する部品は一方向に並んだ流路を前提に設計され、ハニカム構造体を用いた熱交換器の設計の自由度は小さい。
【０００６】
本発明では、このような従来のセラミック製のハニカム構造体を用いた熱交換器の適用範囲を超え、ハニカム構造体に新しい機能を付与し、新しい流体の流れを扱うことのできるハニカム構造体を用いた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】
【０００７】
前記課題を解決するための本発明の熱交換器は、少なくとも第１端面と第２端面と第１側壁と第２側壁とを有し、内壁によって仕切られ前記第１端面から前記第２端面に延びる複数の流路を有するセラミック製のハニカム構造体を用いた熱交換器において、前記第１側壁または前記第２側壁に形成された第１の開口と、前記第１の開口に対向する複数の前記内壁に形成され複数の前記流路を接続する第２の開口と、からなる接続孔を有し、前記第１の開口または前記第２の開口を有する前記流路は前記第１端面および前記第２端面にそれぞれ封止部を有し、前記第１の開口または前記第２の開口を有する前記流路は前記接続孔で接続されることにより第１の空間を構成するとともに、前記第１の開口および前記第２の開口のない前記流路は、前記第１端面から前記第２端面に延びる第２の空間を構成し、前記第１の空間と、前記第２の空間とは前記内壁で互いに隔離されているとともに、前記第１の空間または前記第２の空間の内面に触媒層を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の熱交換器は、第１端面から第２端面に向かって流路が延びている。また、ハニカム構造体の側面は、第１側壁と第２側壁を有し、第２側壁は、第１側壁の反対に位置する。
【０００９】
本発明のハニカム構造体を用いた熱交換器によれば、従来の一方向に流路の延びたハニカム構造体とは異なり、ハニカム構造体を横切る方向に流体の流れをつくることができる。また、このようなハニカム構造体は、第１の開口および第１の開口の内側に第２の開口が形成されているので、最外周に位置する流路のみならず、内側の流路にも流体の流れをつくることができる。また、第２の開口は第１の開口に対向する位置に形成されているので、第２の開口の内側の流路との流体の移動を最短距離で行うことができ、効率良く流体が流れることができる熱交換器を提供することができる。
【００１０】
また、本発明の熱交換器は、セラミックからなるので、耐熱性、耐蝕性を備え、高強度であるので、高温環境下あるいは腐食性環境下など過酷な環境下でも流体を扱うことができる。
さらに、本発明の熱交換器は、第１の空間が、第１端面および第２端面にそれぞれ封止部を有することによって、第１の空間に第１端面および第２端面側からの流体の侵入を防止することができる。さらに第１の空間は、第２の空間と内壁によって隔てられるため、第１の空間を流れる流体（第１の流体）と第２の空間を流れる流体（第２の流体）とが直接接することない。このため、内壁に伝熱、濾過などの機能を保有させることができる。
【００１１】
また、第１の空間または第２の空間の内面に触媒層を有するので、排気ガス中に含まれている有害ガスを浄化する機能を付与することができる。さらに、温度の低い排気ガスを熱交換によって加熱することにより効率良く有害ガスを浄化する機能を付与することもできる。
【００１２】
さらに、本発明の熱交換器は、以下の態様であることが望ましい。
（１）前記熱交換器は、前記接続孔を複数有することを特徴とする。
本発明の熱交換器は、接続孔を複数有することによって、より多くの流体をハニカム構造体の流路を横切る方向に流体を流すことができる。
【００１３】
（２）前記接続孔は、前記第１側壁または前記第２側壁が面する複数の前記流路に交互に形成されていることを特徴とする。
本発明の熱交換器は、接続孔が前記第１側壁または前記第２側壁が面する複数の前記流路に交互に形成されていることにより、ハニカム構造体の流路を横切る方向への流れを交互の流路に配置することができる。このため、流路に沿って流れる流体（第２の流体）と、流路を横切る方向に流れる流体（第１の流体）を隔てる内壁の面積を大きくとることができる。
【００１４】
（３）前記第１の空間は、複数の前記接続孔を有することを特徴とする。
本発明の熱交換器は、第１の空間に複数の接続孔を有することにより、複数の接続孔が、第１の空間を流れる流体の入口と出口となることができる。第１の空間に複数の接続孔により入口と出口を設けることによって、第１の空間を流れる流体（第１の流体）を連続的に使用することができる。
【００１５】
また、第１の空間に複数の接続孔を有することにより、内壁を通過する熱量を大きくする効果もある。第１の空間と第２の空間を隔てる内壁を通過する熱量は、第１の空間と第２の空間の温度差に比例する。第１の空間を流れる流体に入口から入り出口への流れを形成することにより、常に新しい第１の流体を供給し、内壁に温度差が生させ移動する熱量を大きくすることができる。
【００１６】
（４）前記熱交換器は、前記接続孔を前記第１側面および前記第２側面にそれぞれ有することを特徴とする。
本発明の熱交換器は、接続孔を第１側壁および第２側壁にそれぞれ有することにより、入口と出口を結ぶ第１の流体の流れる距離が、どの流路を通っても同等にすることができる。このため、内壁全体に第１の流体を行き渡らせることができるので効率良く熱移動または物質移動のできる熱交換器を提供することができる。
【００１７】
（５）前記第１の開口および前記第２の開口は、スリット状に構成され、前記第１の開口の長さは、前記第２の開口の長さよりも長いことを特徴とする。
本発明の熱交換器は、第１の開口および第２の開口をスリット状に構成することによって、細長い流路の横から効率良く流体を供給することができる。さらに第１の開口を第２の開口よりも大きくすることによって、熱交換器全体の強度低下への影響を小さくしながら第１の開口における第１の流体の抵抗を小さくすることができ、圧力損失を効率良く低減させることができる。
【００１８】
（６）複数の前記第２の開口は、前記第１の開口に向かって順に長くなっていることを特徴とする。
本発明の熱交換器は、第２の開口は、第１の開口に向かって順に長くなるように構成することによって、ハニカム構造体の強度低下への影響を小さくしながら、第１の開口における第１の流体の抵抗を小さくすることができ、圧力損失をさらに効率良く低減させることができる。
【００１９】
（７）前記第１の開口および前記第２の開口は、スリット状に構成され、前記第１の開口の長さおよび、複数の前記第２の開口の長さは、いずれも等しいことを特徴とする。
本発明の熱交換器は、第１の開口および第２の開口が、スリット状に形成され、第１の開口の長さおよび、複数の第２の開口の長さが、いずれも等しくなるように構成することにより、第１の開口および第２の開口で形成される接続孔の容積を大きくすることができる。接続孔の容積を大きくすることによって、接続孔につながるそれぞれの流路で発生する抵抗に応じて効率良く第１の流体を分配することができる。
【００２０】
（８）前記接続孔は５層以上の前記第２の開口が積み重なっていることを特徴とする。
本発明の熱交換器は、５層以上の第２の開口を積み重ねることによって第１側壁側から数えて６個目の流路に第１の流体を供給することができる。このような構成にすることによって、第１の空間と第２の空間を隔てる内壁の面積を大きくすることができる。
【００２１】
（９）前記接続孔は、１０層以上の前記第２の開口が積み重なっていることを特徴とする。
本発明の熱交換器は、１０層以上の第２の開口を積み重ねることによって第１側壁側から数えて１１個目の流路に第１の流体を供給することができる。このような構成にすることによって、第１の空間と第２の空間を隔てる内壁の面積をさらに大きくすることができる。
【００２２】
（１０）前記セラミックは、炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることを特徴とする。
本発明の熱交換器は、ハニカム構造体が炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることにより、耐熱性、耐食性を備え、高強度な熱交換器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、熱交換器を構成するハニカム構造体の内壁によって形成される流路のみならず、流路を横切る方向に流体の流れを引き出すことができるので、従来のセラミック製のハニカム構造体を用いた熱交換器にない新しい機能を付与することができる。また、第１の空間または第２の空間の内面に触媒層を有するので、排気ガス中に含まれている有害ガスを浄化する機能を付与することができる。さらに、温度の低い排気ガスを熱交換によって加熱することにより効率良く有害ガスを浄化する機能を付与することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の熱交換器の斜視図。
【図２】（ａ）は本発明に係る第１実施形態の熱交換器の変形例の斜視図であり、（ｂ）は別の変形例の斜視図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は、図１のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る第１実施形態の熱交換器の接続孔の変形例の断面図であり、図３（ａ）相当図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る第１実施形態の熱交換器の変形例の斜視図である。
【図６】図５（ａ）〜（ｃ）の熱交換器の変形例の断面図であり、（ａ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’断面図、（ｂ）は図５（ｂ）のＥ−Ｅ’断面図、（ｃ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ’および図５（ｂ）のＦ−Ｆ’断面図である。
【図７】（ａ）は本発明に係る第２実施形態の熱交換器の斜視図であり、（ｂ）は本発明に係る第２実施形態の熱交換器の変形例の斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第２実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は図７（ａ）のＧ−Ｇ’断面図、（ｂ）は図７（ｂ）のＩ−Ｉ’断面図、（ｃ）は図７（ａ）のＨ−Ｈ’および図７（ｂ）のＪ−Ｊ’断面図である。
【図９】（ａ）および（ｂ）は本発明に係る熱交換器の接続孔の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明に係る熱交換器の接続孔の製造方法の別の例を示す説明図でる。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は本発明に係る熱交換器の接続孔の製造方法の一例を示す工程図る。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は本発明に係る熱交換器の接続孔の製造方法の別の例を示す工程図である。
【図１３】本発明に係る熱交換器の接続孔を、レーザー光によって製造する方法の一例を示す説明図であり、（ａ）は流路内に曲面を有する光透過性のある棒が挿入されている場合、（ｂ）は流路内に失透ガラスが挿入されている場合、（ｃ）は流路内に水が入れられている場合である。
【図１４】本発明に係るハニカム構造体を用いた熱交換器の接続孔を、水流（ウォータージェット）によって導かれたレーザー光によって製造する方法の一例を示す説明図であり、（ａ）は流路内に曲面を有する光透過性のある棒が挿入されている場合、（ｂ）は流路内に失透ガラスが挿入されている場合、（ｃ）は流路内に水が入れられている場合である。
【図１５】（ａ）は本発明に係る実施例のハニカム構造体を用いた熱交換器の外観写真であり、（ｂ）はその説明図である。
【図１６】（ａ）は本発明に係る実施例のハニカム構造体を用いた熱交換器の接続孔の断面写真であり、（ｂ）はその説明図である。
【図１７】図１の断面図である図３の切断位置および切断方向を詳しく示す説明図である。
【図１８】本発明に係る第３実施形態の熱交換器の斜視図である。
【図１９】本発明に係る第３実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は図１８のＫ−Ｋ’断面図、（ｂ）は図１８（ｂ）のＬ−Ｌ’断面図である。
【図２０】本発明に係る第４実施形態の熱交換器の斜視図である。
【図２１】本発明に係る第４実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は図２０のＫ−Ｋ’断面図、（ｂ）は図２０（ｂ）のＬ−Ｌ’断面図である。
【図２２】本発明に係る第５実施形態の熱交換器の斜視図である。
【図２３】本発明に係る第５実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は図２２のＫ−Ｋ’断面図、（ｂ）は図２２（ｂ）のＬ−Ｌ’断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書において、ハニカム構造体の断面は、流路に沿って接続孔の深さ方向に切断された断面を示す。例えば、図１７に図１の断面図である図３の切断位置が詳しく記載されている。図１の断面図である図４、図５の断面図である図６、図７の断面図である図８も同様に断面図が作成されている。
本発明の熱交換器のハニカムのパターン、大きさは特に限定されない。本実施形態では、８×８の格子状の流路を有するハニカム構造体を用いた熱交換器について説明したが、例えば６角形状の流路のハニカム、８角形と４角形の流路の組合せのハニカムなど特に限定されない。
【００２６】
本発明の熱交換器の形状は、特に限定されない。６面体、６角柱などの角柱の他円柱なども適用できる。円柱の場合、側面のうち、一群の接続孔の形成されている領域を第１側壁、その反対側の領域を第２側壁と定義できる。
【００２７】
本発明の熱交換器は、少なくとも第１端面と第２端面と第１側壁と第２側壁とを有し、内壁によって仕切られ前記第１端面から前記第２端面に延びる複数の流路を有するセラミック製のハニカム構造体を用いた熱交換器において、前記第１側壁または前記第２側壁に形成された第１の開口と、前記第１の開口に対向する複数の前記内壁に形成され複数の前記流路を接続する第２の開口と、からなる接続孔を有し、前記第１の開口または前記第２の開口を有する前記流路は前記第１端面および前記第２端面にそれぞれ封止部を有し、前記第１の開口または前記第２の開口を有する前記流路は前記接続孔で接続されることにより第１の空間を構成するとともに、前記第１の開口および前記第２の開口のない前記流路は、前記第１端面から前記第２端面に延びる第２の空間を構成し、前記第１の空間と、前記第２の空間とは前記内壁で互いに隔離されているとともに、前記第１の空間または前記第２の空間の内面に触媒層を有する。
【００２８】
本発明の熱交換器のハニカム構造体は、第１端面から第２端面に向かって流路が延びている。また、ハニカム構造体の側面は、第１側壁と第２側壁を有し、第２側壁は、第１側壁の反対に位置する。
【００２９】
本発明の熱交換器によれば、従来の一方向に流路の延びたハニカム構造体とは異なり、ハニカム構造体を横切る方向に流体の流れをつくることができる。また、このような熱交換器は、第１の開口および第１の開口の内側に第２の開口が形成されているので、最外周に位置する流路のみならず、内側の流路にも流体の流れをつくることができる。また、第２の開口は第１の開口に対向する位置に形成されているので、第２の開口の内側の流路との流体の移動を最短距離で行うことができ、効率良く流体が流れることができるハニカム構造体を提供することができる。
【００３０】
さらに、本発明の熱交換器は、セラミックからなるので、耐熱性、耐蝕性を備え、高強度であるので、高温環境下あるいは腐食性環境下など過酷な環境下でも流体を扱うことができる。
また、第１の空間または第２の空間の内面に、触媒層を有するので、排気ガス中に含まれている有害ガスを浄化する機能を付与することができる。さらに、温度の低い排気ガスを熱交換によって加熱することにより効率良く有害ガスを浄化する機能を付与することもできる。
【００３１】
本発明の熱交換器は、第１の空間が、第１端面および第２端面にそれぞれ封止部を有することによって、第１の空間に第１端面および第２端面側からの流体の侵入を防止することができる。さらに第１の空間は、第２の空間と内壁によって隔てられるため、第１の空間を流れる流体（第１の流体）と第２の空間を流れる流体（第２の流体）とが直接接することない。このため、内壁に伝熱、濾過などの機能を保有させることができる。
【００３２】
本発明の熱交換器は、前記熱交換器は、前記接続孔を複数有することが好ましい。
本発明の熱交換器は、接続孔を複数有することによって、より多くの流体をハニカム構造体の流路を横切る方向に流体を流すことができる。
【００３３】
本発明の熱交換器では、前記接続孔は、前記第１側壁または前記第２側壁が面する複数の前記流路に交互に形成されていることが好ましい。
本発明の熱交換器は、接続孔が前記第１側壁または前記第２側壁が面する複数の前記流路に交互に形成されていることにより、ハニカム構造体の流路を横切る方向への流れを交互の流路に配置することができる。このため、流路に沿って流れる流体（第２の流体）と、流路を横切る方向に流れる流体（第１の流体）を隔てる内壁の面積を大きくとることができる。
【００３４】
本発明の熱交換器では、前記第１の空間は、複数の前記接続孔を有することが好ましい。
本発明の熱交換器は、第１の空間に複数の接続孔を有することにより、複数の接続孔が、第１の空間を流れる流体の入口と出口となることができる。第１の空間に複数の接続孔により入口と出口を設けることによって、第１の空間を流れる流体（第１の流体）を連続的に供給することができる。
【００３５】
また、第１の空間に複数の接続孔を有することにより、内壁を通過する熱量を大きくする効果もある。第１の空間と第２の空間を隔てる内壁を通過する熱量は、第１の空間と第２の空間の温度差に比例する。第１の空間を流れる流体に入口から入り出口への流れを形成することにより、常に新しい第１の流体を供給し、内壁に温度差が生させ移動する熱量を大きくすることができる。
【００３６】
本発明の熱交換器は、前記接続孔を前記第１側面および前記第２側面にそれぞれ有することが好ましい。
本発明の熱交換器は、接続孔を第１側壁および第２側壁にそれぞれ有することにより、入口と出口を結ぶ第１の流体の流れる距離が、どの流路を通っても同等にすることができる。このため、内壁全体に第１の流体を行き渡らせることができるので効率良く熱移動または物質移動のできるハニカム構造体を提供することができる。
【００３７】
本発明の熱交換器は、前記第１の開口および前記第２の開口は、スリット状に構成され、前記第１の開口の長さは、前記第２の開口の長さよりも長いことが好ましい。
本発明の熱交換器は、第１の開口および第２の開口をスリット状に構成することによって、細長い流路の横から効率良く流体を供給することができる。さらに第１の開口を第２の開口よりも大きくすることによって、ハニカム構造体全体の強度低下への影響を小さくしながら、第１の開口における第１の流体の抵抗を小さくすることができ、圧力損失を効率良く低減させることができる。
本明細書において、開口の長さとは、流路の方向の長さである。
【００３８】
本発明の熱交換器は、複数の前記第２の開口は、前記第１の開口に向かって順に長くなっていることが好ましい。
本発明の熱交換器は、第２の開口は、第１の開口に向かって順に長くなるように構成することによって、ハニカム構造体の強度低下への影響を小さくしながら、第１の開口における第１の流体の抵抗を小さくすることができ、圧力損失をさらに効率良く低減させることができる。
【００３９】
本発明の熱交換器は、前記第１の開口および前記第２の開口は、スリット状に構成され、前記第１の開口の長さおよび、複数の前記第２の開口の長さは、いずれも等しいことが好ましい。
本発明の熱交換器は、第１の開口および第２の開口が、スリット状に形成され、第１の開口の長さおよび、複数の第２の開口の長さが、いずれも等しくなるように構成することにより、第１の開口および第２の開口で形成される接続孔の容積を大きくすることができる。接続孔の容積を大きくすることによって、接続孔につながるそれぞれの流路で発生する抵抗に応じて効率良く第１の流体を分配することができる。
【００４０】
本発明の熱交換器では、前記接続孔は５層以上の前記第２の開口が積み重なっていることが好ましい。
本発明の熱交換器は、５層以上の第２の開口を積み重ねることによって第１側壁側から数えて６個目の流路に第１の流体を供給することができる。このような構成にすることによって、第１の空間と第２の空間を隔てる内壁の面積を大きくすることができる。
また、５層以上の第２の開口を積み重ねることにより形成される接続孔の径または幅と深さとのアスペクト比は正方形の流路であれば６以上となり、深い位置にある流路を接続孔でつなぐことができる。
【００４１】
本発明の熱交換器では、前記接続孔は、１０層以上の前記第２の開口が積み重なっていることが好ましい。
本発明の熱交換器は、１０層以上の第２の開口を積み重ねることによって第１側壁側から数えて１１個目の流路に第１の流体を供給することができる。このような構成にすることによって、第１の空間と第２の空間を隔てる内壁の面積をさらに大きくすることができる。
また、１０層以上の第２の開口を積み重ねることにより形成される接続孔の径または幅と深さとのアスペクト比は正方形の流路であれば１１以上となり、さらに深い位置にある流路を接続孔でつなぐことができる。
【００４２】
本発明の熱交換器では、前記セラミックは、炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることが好ましい。
本発明の熱交換器は、炭化珪素、シリコン含浸した炭化珪素、アルミナ、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウムまたはジルコニアのいずれかよりなることにより、耐熱性、耐食性を備え、高強度なハニカム構造体を提供することができる。
熱交換器に用いる場合、炭化珪素、シリコンを含浸した炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化珪素を用いることが望ましい。これらのセラミックは熱伝導率が高く、熱交換器として好適である。
【００４３】
本発明の熱交換器は、ハニカム状のセラミックの第１側壁または第２側壁に接続孔を形成することにより得ることができる。第１および第２の開口を形成することにより得ることができる。ハニカム状のセラミックに第１側壁または第２側壁にレーザー加工によって接続孔を形成することができる。レーザー加工に用いるレーザー加工機は特に限定されない。広く使用される高出力のレーザー光を用いることによってハニカム状のセラミックを加工することができる。レーザー加工機のレーザー光の波長、出力は、ハニカム状のセラミックに応じて適宜選択することができる。
また、近年利用されるようになったウォータージェットの水流を併用したレーザー加工機を利用するとより効率良く加工することができる。ウォータージェットの水流を併用したレーザー加工法は、ウォータージェットの水流中にレーザー光を導き、全反射させながら加工点に導くことができ、レーザー光が拡散することなく、細い水流中を通過するので、焦点の深度が深く、レーザー光だけの加工機よりも高い加工性能を有している。
【００４４】
本発明の熱交換器は、高い加工性能のウォータージェットの水流を併用したレーザー加工機を用いて、接続孔の底を貫通させることなく加工することによって得ることができる。
接続孔の底を残して加工するには、レーザー光を所定の箇所で散乱させ、光エネルギーを分散させることにより実現できる。所定の箇所に光拡散媒体を挿入することによりそれより下側ではレーザー光が弱められ、加工することができない。光拡散媒体は光を分散させることができれば特に限定されない。例えば、ガラス棒などの曲面を有する光透過性のある棒、失透ガラス、気泡を内部に有するガラス、水などが利用できる。光透過性のある物質は、レーザー光で加熱されることがない上に、曲面で光が散乱されるので、レーザー光の加工の能力を低下させることができ、貫通させることなく接続孔の底を残して加工することができる。
【００４５】
また、失透ガラスは、表面が曲面でなくても内部が相分離しているので、光が散乱しやすく、レーザー光の加工の能力を低下させることができ、貫通させることなく底を形成することができる。また、水を所定の箇所に充填することにより接続孔の底を残して加工することができる。水を充填すると、ウォータージェットの水流との混合および加工により加熱された水の沸騰により、大量の気泡を発生させる。このため、充填された水の中でレーザー光が急速に減衰し、接続孔の底を残して加工することができる。なお、水を充填していない場合でも、レーザー光とともに水流によって水が供給されるが、水流に用いられる水は量が少なくレーザー光がセラミックを加工する箇所（加工点）近傍で速やか飛散するので、レーザー光を弱めるほど区間に気泡を形成することができない。
【００４６】
本発明の熱交換器は、様々な接続孔の変形例があるが、形状に応じてレーザー光を、傾斜させたり、走査することにより加工することができる。
【００４７】
また、レーザー光を走査しながら加工する際に、それぞれの流路に挿入する光拡散媒体の長さを適宜変更することにより目的の形状の接続孔を形成することもできる。
本発明の熱交換器の封止部はどのように形成してもよく特に限定されない。例えば内壁を構成する材料と同じセラミック材料からなる栓を挿入してもよい。例えば、ハニカム構造体が炭化珪素、窒化珪素、シリコン含浸した炭化珪素からなる場合は、シリコンの粉末を接着材として栓に塗布したのち、焼成しても良い。シリコンが溶融し、接着材として機能する。
また、例えば、無機バインダと有機バインダと無機粒子の混合したペーストを注入し、焼成することによって得ることもできる。無機バインダは、アルミナゾル、シリカゾルなどが利用でき、有機バインダは、ポリビニールアルコール、フェノール樹脂などが利用でき、無機粒子は炭化珪素、アルミナ、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウム、ジルコニアなどが利用できる。
【００４８】
次に、本発明の実施形態について、説明する。
第１実施形態及び第２実施形態では、主に触媒層を形成する前のハニカム構造体について説明する。
【００４９】
第１実施形態は、第１の空間を構成する流路の第１端面および第２端面に封止部を有し、第１側壁に接続孔が形成され第１の空間を構成するとともに、第２の空間の第１端面および第２端面が開放している熱交換器である。
【００５０】
第２実施形態は、以下形態の熱交換器である。
第１側壁が面する複数の流路に交互に接続孔が形成され、接続孔の底は第２端面まで達している。なお、接続孔は第２端面を貫通していない。第１の開口および第２の開口を有する流路の第１端面および第２端面はそれぞれ封止部を有することにより、第１の空間を構成している。
また第１の開口および第２の開口のない流路は、第１端面から第２端面に延びる第２の空間を構成し、第１の空間と第２の空間は内壁で互いに隔離されている。第１の空間は、第１側壁および第２側壁の側に接続孔を有している。４つの独立した空間が第１の空間を構成し、４×８の独立した流路３２本が第２の空間を構成する。
【００５１】
第３実施形態ないし第５実施形態は、第１の空間または第２の空間の内面に、触媒層を有する熱交換器である。
【００５２】
＜第１実施形態＞
第１実施形態の熱交換器について、図を用いながら説明する。
図１は本発明に係る第１実施形態の熱交換器の斜視図である。図２は本発明に係る第１実施形態の熱交換器の変形例の斜視図である。図３は本発明に係る第１実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は、図１のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’断面図である。図４は本発明に係る第１実施形態の熱交換器の接続孔の変形例の断面図である。図１のＡ−Ａ’の断面図に相当する。図５は本発明に係る第１実施形態の熱交換器の変形例の斜視図である。図６は図５の熱交換器の変形例の断面図であり、（ａ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’断面図、（ｂ）は図５（ｂ）のＥ−Ｅ’断面図、（ｃ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ’断面図および図５（ｂ）のＦ−Ｆ’断面図である。
【００５３】
第１実施形態の熱交換器（１０００）は、図１に示すように、８×８の流路を有するハニカム構造体１０００（熱交換器）の第１側壁２１に接する８本の流路６０のうち、交互になるように接続孔３０を４本有している。図３（ａ）に示すように、それぞれの接続孔３０は、第１側壁２１に形成された第１の開口３１および内壁５０に形成された複数の第２の開口３２により構成される。図３（ａ）に示されるように第１の開口３１および第２の開口３２は、スリット状の形状であり、第１の開口３１および第２の開口３２の長さは同一である。図３（ｂ）に示されるように、接続孔３０の形成されている列の隣の列の断面は、内壁５０に孔を有していない。
【００５４】
接続孔３０の位置、形状、数は特に限定されない。図２および図５は、接続孔３０の位置、表面形状の異なる変形例である。図２（ａ）は１個のスリット状の接続孔３０を有するハニカム構造体１０００（熱交換器）を示し、図２（ｂ）は、第１側壁２１が面する流路６０の一部にスリット状の接続孔３０が形成されている。いずれの接続孔３０もスリット状に形成されている。図５（ａ）は、８×８の流路６０を有するハニカム構造体１０００の第１側壁２１に接する８本の流路６０のうち、交互になるように４個の円形の接続孔３０を有するハニカム構造体１０００（熱交換器）を示している。図５（ｂ）は、８×８の流路を有するハニカム構造体１０００（熱交換器）の第１側壁２１に接する８本の流路６０のうち、交互になるように４つの群の接続孔３０を有し、１つの群の接続孔３０は、円形の接続孔３０が５個で構成されるハニカム構造体１０００（熱交換器）である。図５（ｃ）は、１個の円形の接続孔３０を有するハニカム構造体１０００（熱交換器）を示す。
【００５５】
接続孔３０の深さ方向の形状も特に限定されない。図４は、接続孔３０の変形例を示し、接続孔３０の流路方向の断面図であり、図１のＡ−Ａ’断面を示す。図４（ａ）は、断面形状がＶ字状である接続孔３０を示し、第１の開口３１が第２の開口３２よりも長く、複数の第２の開口３２が第１の開口３１に向かって順に長くなるように構成されている。図４（ｂ）は、第１の開口３１および第２の開口３２の片側が垂直になるように揃った接続孔３０を示し、第１の開口３１が第２の開口３２よりも長く、複数の第２の開口３２が第１の開口３１に向かって順に長くなるように構成され接続孔３０の断面が台形である。図４（ｃ）は、第１の開口３１および第２の開口３２の長さが同一で第１側壁２１および第２側壁２２を貫通した接続孔３０を示す。図４（ｄ）は、第１側壁２１および第２側壁２２から接続孔３０が形成され、それぞれ底となる内壁５０を共有する接続孔３０を示す。図４（ｅ）は、内部の方が大きい接続孔３０を示し、第１の開口３１が第２の開口３２よりも短く、複数の第２の開口３２が第１の開口３１に向かって順に短くなるように構成されている。
【００５６】
ハニカム構造体１０００（熱交換器）のハニカムのパターン、大きさは特に限定されない。本実施形態では、８×８の格子状の流路６０を有するハニカム構造体１０００（熱交換器）について説明したが、例えば６角形状の流路６０のハニカム、８角形と４角形の流路６０の組合せのハニカムなど特に限定されない。
【００５７】
本実施形態の熱交換器１０００は、ハニカム状のセラミックの第１側壁２１または第２側壁２２に接続孔３０を形成することにより得ることができる。第１の開口３１および第２の開口３２を形成する方法は、図９に示すように第２側壁２２に面する流路６０に光拡散媒体９０を挿入し、レーザー光８０を走査することによって加工することができる。接続孔３０の形状によっては、図１０のように光拡散媒体９０の挿入する長さを適宜変えることによって目的の形状の接続孔３０を得ることができる。また、図１１、図１２に示されるようにレーザー光８０を適宜傾斜させながら走査することにより、目的の形状の接続孔３０を得てもよい。
【００５８】
本実施形態の熱交換器１０００は、光拡散媒体９０を挿入することによって接続孔３０の底を残して加工することできる。図１３、図１４は、光拡散媒体９０によってレーザー光８０が拡散する様子を示している。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、レーザー光８０のみ、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、レーザー光８０と水流８２との複合による加工を示している。レーザー光８０と水流８２との複合した加工機は、例えば牧野フライス社製ＭＣＳ３００型レーザー加工機を利用することができる。
【００５９】
図１３（ａ）、図１４（ａ）は、光拡散媒体９０にガラス棒９１を用いた説明図であり、ガラスの凸面によるレーザー光８０の拡散によって接続孔３０の底を残して加工することができる。
図１３（ｂ）、図１４（ｂ）は、光拡散媒体９０に失透ガラス９２を用いた説明図であり、ガラス内部の乱反射によってレーザー光８０を拡散させ接続孔３０の底を残して加工することができる。
図１３（ｃ）、図１４（ｃ）は、光拡散媒体９０に水９３を用いた説明図であり、加工による熱、水９３の乱流によって発生した気泡の乱反射によってレーザー光８０を拡散させ接続孔３０の底を残して加工することができる。
【００６０】
＜第２実施形態>
第２実施形態の熱交換器について、図を用いながら説明する。
なお、前述した第１実施形態に係る熱交換器（１０００）と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図７（ａ）は本発明に係る第２実施形態の熱交換器の斜視図である。（ａ）は本発明に係る第２実施形態の熱交換器の変形例の斜視図。図８は本発明に係る第２実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は図７（ａ）のＧ−Ｇ’断面図、（ｂ）は図７（ｂ）のＩ−Ｉ’断面図、（ｃ）は図７（ａ）のＨ−Ｈ’断面図、および図７（ｂ）のＪ−Ｊ’断面図である。
【００６１】
第２実施形態のハニカム構造体１０００（熱交換器）は第１側壁２１が面する複数の流路６０に交互に接続孔３０が形成され、接続孔３０の底は第２側壁２２まで達している。なお、接続孔３０は第２側壁２２を貫通していない。第１の開口３１および第２の開口３２を有する流路６０の第１端面１１および第２端面１２にはそれぞれ封止部７０を有することにより、第１の空間４１を構成している。
【００６２】
また第１の開口３１および第２の開口３２のない流路６０は、第１端面１１から第２端面１２に延びる第２の空間４２を構成し、第１の空間４１と第２の空間４２は内壁５０で互いに隔離されている。第１の空間４１は、第１側壁２１および第２側壁２２の側に接続孔３０を有している。第１の空間４１は４つの独立した空間で構成され、４×８の独立した３２本の流路６０が第２の空間４２を構成する。
第１の空間４１は、第１側壁２１から、第２側壁２２への（およびその逆の）流体の流れを作ることができる。また第２の空間４２は、第１端面１１から、第２端面１２への（およびその逆の）流体の流れを作ることができる。第１の空間４１と第２の空間４２は内壁５０で隔てられているので、互いに混ざり合うことがなく、内壁５０を通じて熱量の移動をさせることができる。この効果は熱交換器として好適に利用することができる。
【００６３】
本実施形態の熱交換器１０００は、ハニカム状のセラミックの第１側壁２１または第２側壁２２に接続孔３０を形成することにより得ることができる。第１の開口３１および第２の開口３２を形成する方法は、図９に示すように第２側壁２２に面する流路６０に光拡散媒体９０を挿入し、レーザー光８０を走査することによって加工することができる。接続孔３０の形状によっては、図１０のように光拡散媒体９０の挿入する長さを適宜変えることによって目的の形状の接続孔３０を得ることができる。また、図１１、図１２に示されるようにレーザー光８０を適宜傾斜させながら走査することにより、目的の形状の接続孔３０を得てもよい。
【００６４】
本実施形態の熱交換器１０００は、光拡散媒体９０を挿入することによって接続孔３０の底を残して加工することできる。図１３、図１４は、光拡散媒体９０によってレーザー光８０が拡散する様子を示している。図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、レーザー光８０のみ、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ウォータージェット（水流８２）を併用したレーザー光８０による加工を示している。ウォータージェットを併用したレーザー加工機は、牧野フライス社製ＭＣＳ３００型レーザー加工機を利用することができる。
【００６５】
図１３（ａ）、図１４（ａ）は、光拡散媒体９０にガラス棒９１を用いた説明図であり、ガラスの凸面によるレーザー光８０の拡散によって接続孔３０の底を残して加工することができる。
図１３（ｂ）、図１４（ｂ）は、光拡散媒体９０に失透ガラス９２を用いた説明図であり、ガラス内部の乱反射によってレーザー光８０を拡散させ接続孔３０の底を残して加工することができる。
図１３（ｃ）、図１４（ｃ）は、光拡散媒体９０に水９３を用いた説明図であり、加工による熱、水９３の乱流によって発生した気泡の乱反射によってレーザー光８０を拡散させ接続孔３０の底を残して加工することができる。
【実施例】
【００６６】
本実施例では、実際に多孔質の炭化珪素からなるハニカム状のセラミックに台形の断面を有する接続孔３０を形成し、本発明に係るハニカム構造体（熱交換器）１０００を製造した結果について、図１５、図１６を用いて説明する。
２４×２４個、計５７６個の正方形の流路６０を有し、３４ｍｍ×３４ｍｍ×１３０ｍｍの炭化珪素からなるハニカム状のセラミックを用いて、本発明に係るハニカム構造体（熱交換器）１０００を製作した。なお、長手方向の端面は、流路の開口を有し、第１端面１１および第２端面１２である。第１端面１１および第２端面１２以外の４つの面は側壁であり、そのうち接続孔３０を形成する面が第１側壁２１、その反対側の面が第２側壁２２となる。内壁５０の厚さは０．２５ｍｍ、第１側壁２１および第２側壁２２の厚さは、０．３ｍｍである。流路６０の大きさは、一辺が１．１４ｍｍの正方形である。
【００６７】
図１５に示すように、このハニカム状のセラミックに接続孔３０を形成した。第１側壁２１に面する２４本の流路６０のうち、交互となるよう１２本の流路６０に第１の開口３１を形成し、さらに第２の開口３２を形成することにより、１２個の接続孔３０を形成した。接続孔３０の底は、第２側壁２２であり、全ての内壁５０には第２の開口３２が形成されている。第１の開口３１および第２の開口３２と第１端面１１との距離は１０ｍｍ、第１の開口３１は第１端面１１から４０ｍｍの位置まで延び、最下層の第２の開口３２は、第１端面１１から２５ｍｍの位置まで延びている。第２の開口３２は第１の開口３１に向かって順に長くなり、接続孔３０の断面は、台形である。また、第１の開口３１の幅は、０．６ｍｍである。
【００６８】
詳しい加工方法は以下に説明する。接続孔３０を形成する際、第２側壁２２に面する流路６０には、流路６０よりも長い円形のガラス棒９１を挿入し、その他の流路６０には、台形の流域以外の部分まで円形のガラス棒９１を挿入した。
次に第１側壁２１に面する流路６０に沿って牧野フライス社製ＭＣＳ３００型レーザー加工機を用いて加工した。レーザーの波長は５３２ｎｍ、出力８０Ｗ、水流８２のノズル径はφ８０μｍ、走査速度は３００ｍｍ／ｍｉｎで加工した。
【００６９】
このように加工して得られたハニカム構造体（熱交換器）１０００を接続孔３０に沿って切断し、接続孔３０を確認した。図１６に示すように接続孔３０の断面は台形であり、内壁５０は全て貫通し、第１の開口３１が長さ３０ｍｍ、最下層の第２の開口３２が長さ１５ｍｍであった。
このように水流８２を用いたレーザー加工機で接続孔３０を形成できることが確認でできた。ハニカム構造体（熱交換器）１０００に接続孔３０を形成する方法は水流８２を用いたレーザー光８０に限定されず、時間をかけ、高出力のレーザー加工機であれば、水流８２を併用することなく加工することができる。
【００７０】
また、接続孔３０の大きさ、配置、数は適宜選択することができる。
【００７１】
＜第３実施形態>
第３実施形態の熱交換器について、図を用いながら説明する。
なお、前述した第１実施形態に係る熱交換器（１０００）および第２実施形態に係る熱交換器（１０００）と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図１８は、本発明に係る第３実施形態の熱交換器の斜視図である。また、図１９は、本発明に係る第３実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は図１８のＫ−Ｋ’断面図、（ｂ）は図１８のＬ−Ｌ’断面図である。
【００７２】
図１８および図１９（ａ）に示すように、第３実施形態の熱交換器（１０００）では、第１の空間４１の内面に触媒層４３を有し、第２の空間４２の内面には触媒層がない（図１９（ｂ）参照）。
触媒層４３に担持される触媒活性成分としては、特に限定するものではないが、例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｃｅ、Ｃｕ、Ｖ、Ｆｅ、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属等が挙げられる。これらの中では、Ｐｔが最も好適である。また、上記貴金属等は、単独で用いることができるが、２種以上を併用しても良い。
これらの触媒活性成分により、例えば排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯを浄化することができる。
【００７３】
上記触媒層は、触媒活性成分のみからなっても良いが、触媒サポート材層に触媒活性成分が担持されたものであっても良い。触媒サポート材層は、例えば比表面積が大きく、ガスと触媒との接触面積を大きくする機能を有するものであることが好ましい。
上記触媒層を構成し、触媒活性成分を担持する触媒担体の材料としては、特に限定するものではないが、例えば、アルミナ、チタニア、シリカ、セリア、ジルコニア等を挙げることができる。中でも、耐熱性、化学的安定性の観点からアルミナが最も好適である。また、アルミナの中でもγ−アルミナは比表面積が高く触媒サポート材として好適に利用できる。
また、本発明の熱交換器１０００には、本発明の目的を阻害しない範囲で、上記触媒活性成分のほかに、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の触媒活性成分を担持しても良い。これらの触媒活性成分を用いることにより、排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化することができる。
【００７４】
次に、上述した触媒層を形成する方法について説明する。なお、以下の説明においては、触媒サポート材層としてアルミナを用いる場合について説明するが、その他の触媒サポート材層を用いても同様である。
まず、アルミナに無機質バインダを添加して混合するとともに、粉砕して微粉体を作製する。アルミナとしては、例えば、γ−アルミナを用いることができる。γ−アルミナは、ゾル−ゲル法等により調整することができる。また、無機質バインダとしては、特に限定するものではないが、例えば、水和アルミナ等を用いることができる。
【００７５】
次に、微粉体を純水と合わせ、スターラ等を用いて攪拌することで、スラリーを調製する。
そして、セラミックブロックであるハニカム構造体１０００の内面にスラリーを吹き付けたり、スラリー中にハニカム構造体１０００を浸漬し、いわゆるウォッシュコートすることによりスラリーを付着させる。
次いで、スラリーをウォッシュコートしたハニカム構造体１０００を、所定の温度で乾燥、焼成することにより、ハニカム構造体１０００の内面に触媒サポート材層を形成する。
【００７６】
また、別の担持方法によりハニカム構造体１０００に触媒活性成分を担持する場合には、まず、触媒サポート材層となるアルミニウム含有金属化合物の溶液を調製する。
アルミニウム含有金属化合物の原料としては、金属無機化合物や金属有機化合物等の金属化合物を用いることができる。
金属無機化合物としては、例えば、Ａｌ（ＮＯ３）３、ＡｌＣｌ３、ＡｌＯＣｌ、ＡｌＰＯ４、Ａｌ２（ＳＯ４）３、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３等を用いることができる。なかでも、Ａｌ（ＮＯ３）３やＡｌＣｌ３は、アルコール、水等の溶媒に溶解しやすく取り扱いが容易なので一層好ましい。
【００７７】
金属有機化合物としては、例えば、金属アルコキシド、金属アセチルセトネート、金属カルボキシレート等を用いることができる。具体的には、Ａｌ（ＯＣＨ３）３、Ａｌ（ＯＣ２Ｈ３）３、Ａｌ（ｉｓｏ−ＯＣ３Ｈ７）３等を用いることができる。
溶媒としては、例えば、水、アルコール、ジオール、多価アルコール、エチレングリコール、エチレンオキシド、トリエタノールアミン、キシレン等を用いることができる。これらの溶媒は、上記金属化合物の溶解を考慮して、少なくとも１種以上を混合して用いる。
また、上記溶液を調製する際に、塩酸、硫酸、硝酸、酢酸、フッ酸等の触媒を添加しても良い。さらに、アルミナの耐熱性を向上させるために、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｉ、Ｚｒの単体または化合物を上記金属化合物とともに添加しても良い。
【００７８】
次に、上記アルミニウム含有金属化合物の溶液をゾル−ゲル法により、ハニカム構造体１０００の所定の内面に含浸させる。このとき、上記溶液をハニカム構造体１０００の各セラミック粒子間の間隙である総ての気孔内に行き渡らせるため、例えば、容器内にハニカム構造体１０００を入れて上記溶液を満たして脱気する方法や、ハニカム構造体１０００の一方から上記溶液を流し込み、他方より脱気する方法等を採用することが望ましい。上記脱気する装置としては、例えば、アスピレータ、真空ポンプ等を用いることができる。
【００７９】
次に、ハニカム構造体１０００を１２０〜１７０℃で２時間程度加熱することで、上記溶液を蒸発除去してゲル化させてセラミック粒子表面に固定するとともに、余分な溶液を除去し、３００〜５００℃程度に加熱することで仮焼成する。
次に、５０〜１００℃１時間以上で熱水処理を行う。この熱水処理を行うことで、セラミック粒子の表面に形成したアルミナ薄膜が小繊維状（針状粒子）となって林立し、いわゆる植毛構造を呈して粗い表面の薄膜となる。
そして、５００〜１０００℃、５〜２０時間程度の条件で焼成することで、ハニカム構造体１０００の内面に触媒サポート材層を形成する。
【００８０】
次に、上記いずれかの方法により形成した触媒サポート材層に触媒活性成分を担持させることにより触媒層を形成し、本実施形態の熱交換器１０００を製造することができる。
上記触媒活性成分を担持させる方法としては、特に限定されず、例えば、含浸法、蒸発乾固法、平衡吸着法、インシピアント・ウェットネス法あるいはスプレー法等が挙げられる。また、触媒活性成分をどのような形態で担持させても良い。担持する際の触媒活性成分の形態は、金属、合金などの微粉末のほか、化合物などが利用できる。化合物としては、金属錯体などが挙げられる。これらの形態の触媒活性成分が分散あるいは溶解した液体を用いて担持させることができる。
尚、触媒活性成分の担持は、触媒サポート材層を形成した後に行ったが、担持する工程は特に限定されず、触媒サポート材層の原料である微粉体と水に更に触媒活性成分を加え、触媒サポート材層の形成と同時に担持しても良い。
【００８１】
以上説明したように、第３実施形態の熱交換器では、ハニカム構造体１０００の第１の空間４１に触媒層４３を担持することにより、第１の空間４１を通る排気ガスが冷却される前に、排気ガス中に含まれている有害ガスを浄化する機能を付与することができる。また、温度の低い排気ガスを熱交換によって加熱することにより効率良く有害ガスを浄化する機能を付与することもできる。
なお、図１９（ａ）においては、第１の空間４１における全ての流路６０の上下左右の全面に触媒層４３を設けた場合を示したが、これに限らない。例えば、所定の流路６０のみに設けても良いし、所定の面のみに設けることも可能である。
また、第１の空間４１の形状は、図１９（ａ）に示すものに限定されず、種々の形状の第１の空間４１を採用することができる。
【００８２】
＜第４実施形態>
第４実施形態の熱交換器について、図を用いながら説明する。
なお、前述した第１実施形態に係る熱交換器（１０００）ないし第３実施形態に係る熱交換器（１０００）と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図２０は、本発明に係る第４実施形態の熱交換器の斜視図である。また、図２１は、本発明に係る第４実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は図２０のＫ−Ｋ’断面図、（ｂ）は図２０のＬ−Ｌ’断面図である。
【００８３】
図２０および図２１（ｂ）に示すように、第４実施形態の熱交換器（１０００）では、第２の空間４２の内面に触媒層４３を有しており、第１の空間４１の内面には触媒層を有していない（図２１（ａ）参照）。
なお、担持される触媒層４３および触媒活性成分の担持方法等については、前述した第３実施形態の場合と同様なので、説明は省略する。
【００８４】
以上説明したように、第４実施形態の熱交換器では、ハニカム構造体１０００の第２の空間４２に触媒層４３を有しているので、第２の空間４２を流れる排気ガスが冷却される前に、排気ガス中に含まれている有害ガスを浄化する機能を付与することができる。また、温度の低い排気ガスを熱交換によって加熱することにより効率良く有害ガスを浄化する機能を付与することもできる。
なお、図２１（ｂ）においては、第２の空間４２における全ての流路６０の上下左右の全面に触媒層４３を設けた場合を示したが、これに限らない。例えば、所定の流路６０のみに設けても良いし、所定の面のみに設けることも可能である。
また、第１の空間４１の形状は、図２１（ａ）に示すものに限定されず、種々の形状の第１の空間４１を採用することができる。
【００８５】
＜第５実施形態>
第５実施形態の熱交換器について、図を用いながら説明する。
なお、前述した第１実施形態に係る熱交換器（１０００）ないし第４実施形態に係る熱交換器（１０００）と共通する部位には同じ符号を付して、重複する説明を省略することとする。
図２２は、本発明に係る第５実施形態の熱交換器の斜視図である。また、図２３は、本発明に係る第５実施形態の熱交換器の断面図であり、（ａ）は図２２のＫ−Ｋ’断面図、（ｂ）は図２２のＬ−Ｌ’断面図である。
【００８６】
図２２、図２３（ａ）および（ｂ）に示すように、第５実施形態の熱交換器（１０００）では、第１の空間４１の内面および第２の空間４２の内面に触媒層４３を有している。
なお、触媒層４３および触媒活性成分の担持方法等については、前述した第３実施形態の場合と同様なので、説明は省略する。
【００８７】
以上説明したように、第５実施形態の熱交換器では、ハニカム構造体１０００の第１の空間４１および第２の空間４２に触媒層４３を有しているので、第１の空間４１または第２の空間４２を流れる排気ガスが冷却される前に、排気ガス中に含まれている有害ガスを浄化する機能を付与することができる。また、温度の低い排気ガスを熱交換によって加熱することにより効率良く有害ガスを浄化する機能を付与することもできる。
なお、図２３（ａ）および（ｂ）においては、第１の空間４１および第２の空間４２における全ての流路６０の上下左右の全面に触媒層４３を設けた場合を示したが、これに限らない。例えば、所定の流路６０のみに設けても良いし、所定の面のみに設けることも可能である。
また、第１の空間４１の形状は、図２３（ａ）に示すものに限定されず、種々の形状の第１の空間４１を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の熱交換器は、内燃機関、燃焼炉などの熱交換器として利用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１１  第１端面
１２  第２端面
２１  第１側壁
２２  第２側壁
３０  接続孔
３１  第１の開口
３２  第２の開口
４１  第１の空間
４２  第２の空間
４３  触媒層
５０  内壁
６０  流路
７０  封止部
８０  レーザー光
８２  水流（ウォータジェット）
８５  レーザー源
９０  光拡散媒体
９１  ガラス棒
９２  失透ガラス
９３  水
１０００  ハニカム構造体（熱交換器）
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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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１５】
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【図１６】
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