(57)【要約】【課題】熱伝導率が高く劣化しにくい、排ガスから熱を取り出す熱交換体としての伝熱部材、及び熱電発電デバイスを提供する。【解決手段】伝熱部材１は、伝熱部材１は、熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって形成一の端面から他の端面まで連通する複数のセルを形成する隔壁３ａを含むセル構造部３と、セル構造部の外周面上に配設された外壁部２とを備えたハニカム構造体として形成されている。伝熱部材１であるハニカム構造体は、隔壁３ａにより仕切られた軸方向に貫通する複数のセルを有し、円筒状に形成されている。また、熱電発電デバイスは、ハニカム構造体として形成された伝熱部材１と、伝熱部材１からの熱を電気に変換する熱電変換部としての熱電素子とを含み、熱によって発電する。【選択図】図１
2008128128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって、一の端面から他の端面まで連通する複数のセルを形成する隔壁を含むセル構造部と、そのセル構造部の外周面上に配設された外壁部とを備えたハニカム構造体として形成された伝熱部材。
【請求項２】
前記セラミック材料は、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣのいずれかである請求項１に記載の伝熱部材。
【請求項３】
前記セルのセル密度が、８０セル／ｉｎ２以上である請求項１または２に記載の伝熱部材。
【請求項４】
前記セル構造部が形成されない非セル構造部が中心部に高さ方向に沿って形成された請求項１〜３のいずれかに記載の伝熱部材。
【請求項５】
（前記セル構造部の内径）／（前記外壁部の外径）の比が３０％以上８０％以下である請求項４に記載の伝熱部材。
【請求項６】
（前記一の端面から前記他の端面までの高さ）／（前記外壁部の外径）の比が１以下である請求項１〜５のいずれかに記載の伝熱部材。
【請求項７】
前記外壁部上にその外壁部と一体として形成され、外周面が平面とされた平面部を有する請求項１〜６のいずれかに記載の伝熱部材。
【請求項８】
熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって、一の端面から他の端面まで連通する複数のセルを形成する隔壁を含むセル構造部と、そのセル構造部の外周面上に配設された外壁部とを備えたハニカム構造体として形成された伝熱部材と、
その伝熱部材の前記外壁部上に設けられ、前記伝熱部材からの熱を伝達する伝熱補助部材と、
その伝熱補助部材の外側面に接して取り付けられ、前記伝熱部材からの熱を電気に変換する熱電変換部と、
その熱電変換部に対して前記伝熱部材の反対側に配置され、前記熱電変換部を冷却する冷却部と、を備える熱電発電デバイス。
【請求項９】
前記伝熱部材の前記外壁部と前記伝熱補助部材の内側面とが互いに接触する接触面として形成された請求項８に記載の熱電発電デバイス。
【請求項１０】
前記伝熱補助部材の外側面と前記熱電変換部の内側面とが互いに接触する接触面として形成された請求項８または９に記載の熱電発電デバイス。
【請求項１１】
前記伝熱補助部材の前記外側面が平面部として形成され、前記伝熱補助部材の前記外側面と接触する前記熱電変換部の前記内側面も平面部として形成された請求項１０に記載の熱電発電デバイス。
【請求項１２】
前記熱電変換部は、前記伝熱補助部材の前記外側面上に周方向に並んで配置された請求項８〜１１のいずれかに記載の熱電発電デバイス。
【請求項１３】
前記冷却部は、円筒状に形成され、その円筒本体部内に冷却流体を流通する冷却流体孔が形成された請求項８〜１２のいずれかに記載の熱電発電デバイス。
【請求項１４】
前記冷却部は、前記円筒本体部の内周面に、前記熱電変換部の前記内側面側と反対側の外側面側を嵌合する嵌合部が形成された請求項１３に記載の熱電発電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンや燃焼機器等から排ガスとともに排出される熱を回収する熱交換体として使用する伝熱部材、及び熱電発電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車では、より一層の燃費向上を図るために、エンジン等の排ガス中の熱を回収し、電気エネルギー等に変換する技術が検討されている。そして、自動車のエンジンや、工場に備えられた燃料機器等から排出される排ガスの熱エネルギーを電気エネルギーとして回収する熱電発電装置が知られている（例えば、特許文献１〜３）。これら、熱電発電装置は、排ガスの熱を回収する熱交換フィンや、熱電変換モジュール（熱電変換素子）を備え、熱電変換モジュールにおける温度差による熱電効果によって発電を行うものである。
【０００３】
そして、熱電変換モジュールに効率的に熱を伝達するために、排ガスの熱を回収する熱交換フィン等の伝熱部材の改良が進められている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０７４２８号公報
【特許文献２】特開２００５−２９５７２５号公報
【特許文献３】特開２００６−２１１７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、伝熱部材がＣｕ等の高熱伝導率金属では、排ガス中での劣化により使用ができなくなる。排ガス環境中での使用可能なＳＵＳ等では熱伝導率が低く、必要とされる性能が得られない。エンジンや燃焼機器等の排熱をより効率に回収するために、排ガスから熱を取り出す熱交換体として使用される伝熱部材の高機能化が必要とされている。
【０００６】
本発明の課題は、熱伝導率が高くて劣化しにくい、排ガスから熱を取り出す熱交換体としての伝熱部材、及び熱電発電デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によってハニカム構造体として伝熱部材を形成する構成を採用することにより、上記課題を解決することができることを見出した。すなわち、本発明によれば、以下の伝熱部材及び熱電発電デバイスが提供される。
【０００８】
［１］熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって、一の端面から他の端面まで連通する複数のセルを形成する隔壁を含むセル構造部と、そのセル構造部の外周面上に配設された外壁部とを備えたハニカム構造体として形成された伝熱部材。
【０００９】
［２］前記セラミック材料は、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣのいずれかである前記［１］に記載の伝熱部材。
【００１０】
［３］前記セルのセル密度が、８０セル／ｉｎ２以上である前記［１］または［２］に記載の伝熱部材。
【００１１】
［４］前記セル構造部が形成されない非セル構造部が中心部に高さ方向に沿って形成された前記［１］〜［３］のいずれかに記載の伝熱部材。
【００１２】
［５］（前記セル構造部の内径）／（前記外壁部の外径）の比が３０％以上８０％以下である前記［４］に記載の伝熱部材。
【００１３】
［６］（前記一の端面から前記他の端面までの高さ）／（前記外壁部の外径）の比が１以下である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の伝熱部材。
【００１４】
［７］前記外壁部上にその外壁部と一体として形成され、外周面が平面とされた平面部を有する前記［１］〜［６］のいずれかに記載の伝熱部材。
【００１５】
［８］熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって、一の端面から他の端面まで連通する複数のセルを形成する隔壁を含むセル構造部と、そのセル構造部の外周面上に配設された外壁部とを備えたハニカム構造体として形成された伝熱部材と、その伝熱部材の前記外壁部上に設けられ、前記伝熱部材からの熱を伝達する伝熱補助部材と、その伝熱補助部材の外側面に接して取り付けられ、前記伝熱部材からの熱を電気に変換する熱電変換部と、その熱電変換部に対して前記伝熱部材の反対側に配置され、前記熱電変換部を冷却する冷却部と、を備える熱電発電デバイス。
【００１６】
［９］前記伝熱部材の前記外壁部と前記伝熱補助部材の内側面とが互いに接触する接触面として形成された前記［８］に記載の熱電発電デバイス。
【００１７】
［１０］前記伝熱補助部材の外側面と前記熱電変換部の内側面とが互いに接触する接触面として形成された前記［８］または［９］に記載の熱電発電デバイス。
【００１８】
［１１］前記伝熱補助部材の前記外側面が平面部として形成され、前記伝熱補助部材の前記外側面と接触する前記熱電変換部の前記内側面も平面部として形成された前記［１０］に記載の熱電発電デバイス。
【００１９】
［１２］前記熱電変換部は、前記伝熱補助部材の前記外側面上に周方向に並んで配置された前記［８］〜［１１］のいずれかに記載の熱電発電デバイス。
【００２０】
［１３］前記冷却部は、円筒状に形成され、その円筒本体部内に冷却流体を流通する冷却流体孔が形成された前記［８］〜［１２］のいずれかに記載の熱電発電デバイス。
【００２１】
［１４］前記冷却部は、前記円筒本体部の内周面に、前記熱電変換部の前記内側面側と反対側の外側面側を嵌合する嵌合部が形成された前記［１３］に記載の熱電発電デバイス。
【発明の効果】
【００２２】
熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって、ハニカム構造体として伝熱部材を形成することにより、良好な熱伝導率を示し、耐久性も有する伝熱部材とすることができる。
【００２３】
また、熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって、ハニカム構造体として形成された伝熱部材を備える熱電発電デバイスを形成することにより、排ガス中の熱を回収し、電気エネルギーに効率的に変換することができる。上記伝熱部材を備える熱電発電デバイスは、耐久性にも優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１に本発明の伝熱部材１の一方の端面を模式的に表す平面図を示す。また、図２にハニカム構造体として形成された伝熱部材１を模式的に表す斜視図を示す。伝熱部材１は、一の端面から他の端面まで連通する複数のセルを形成する隔壁３ａを含むセル構造部３と、セル構造部３の外周面上に配設された外壁部２とを備えたハニカム構造体として形成されている。つまり、伝熱部材１であるハニカム構造体は、隔壁３ａにより仕切られた軸方向に貫通する複数のセルを有し、円筒状に形成されている。セルは、隔壁３ａにより断面が四角状に形成されている。なお、全体形状は、円筒状の他、四角柱状、三角柱状等の形状であってもよいし、セル形状（流体の流路方向に垂直な断面におけるセルの形状）は、四角形の他、六角形、三角形、円形等の形状であってもよい。
【００２６】
そして、図１に示すように、ハニカム構造体として形成された伝熱部材１の外壁部２上に、熱電変換素子へ伝熱するためのリム部５が備えられている。リム部５は、その外周面に平面部５ａが形成され、その平面部５ａに熱電変換素子（図示されていない）が取り付けられる。リム部５は、伝熱補助部材である。リム部５は、外壁部２と別体として形成されてもよいし、一体として形成されてもよい。
【００２７】
伝熱部材１は、熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって形成されることが好ましく、５０Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましく、７０Ｗ／ｍＫ以上であることがさらに好ましい。このようなセラミック材料により伝熱部材１を形成すると、良好な熱伝導性を示しため、効率よく熱エネルギーを回収することができる。伝熱部材１を形成する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。
【００２８】
また、伝熱部材１のハニカム構造体のセルのセル密度（単位断面積あたりのセル数）は、８０セル／ｉｎ２（ｃｐｓｉ）以上であることが好ましく、１００ｃｐｓｉ以上であることがより好ましく、１５０ｃｐｓｉ以上であることがさらに好ましい。このようなセル密度を有するように伝熱部材１を形成することにより、セル中に流通する排ガスの接触面積が多くなり効率的に熱エネルギーを回収することができる。また、伝熱部材１を形成する材料としてセラミック材料を採用することにより、上記のようなセル密度を有するハニカム構造体を容易に形成することができる。
【００２９】
さらにセル構造部３が形成されない非セル構造部４が中心部に高さ方向に沿って形成されるとよい。非セル構造部４は、空洞として形成するとよい。このように、中心部に非セル構造部４を形成して、非セル構造部４に排ガスが流入せず、セル構造部３にのみ流通するようにすることにより、排ガスの熱が伝熱部材１の外壁部２に伝達されやすくなる。これにより、効率的に熱を回収することができる。
【００３０】
言い換えると、セルの隔壁３ａから吸収された熱エネルギーは、外壁部２からリム部５を経て熱電素子２０へ伝達されるため、中心部において、セル構造部３が形成されない非セル構造部４が形成されると熱の吸収を外壁部２に近い領域において行うことができるために、熱の回収効率を上げることができる。そして、（セル構造部３の内径）／（外壁部の外径）の比が３０％以上８０％以下であるように形成すると、効率的に熱を回収することができる。
【００３１】
さらに（一の端面から他の端面までの高さ）／（外壁部の外径）の比が１以下であるように形成するとよい。入口端面近傍の層流速度分布未発達の過程では充分に発達した状態よりも高いガス／固体間熱伝達係数を有するので、ここでいう高さ、すなわち流れ方向の長さが長くなる程、発達領域の比率が高まるため、全体としての平均熱伝達係数は小さくなってしまう。端面間距離の外壁部外形に対する比が１を超えると、この平均熱伝達係数の低下の影響が大きいため１．０以下が好ましい。さらに、ここでいう高さが大きいと高さ方向の温度差による熱応力も過大となり、熱応力による破壊の確率が高まるため、熱応力による破損防止の観点からも、１．０以下が好ましい。
【００３２】
伝熱部材１を形成する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、Ｓｉ含浸ＳｉＣを採用することが特に望ましく、Ｓｉ含浸ＳｉＣを採用した場合について説明する。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１として十分な強度を示す。つまり、Ｓｉ−ＳｉＣ系（Ｓｉ含浸ＳｉＣ）材料からなるハニカム構造体は、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。
【００３３】
さらに具体的に説明すると、ハニカム構造体が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、ハニカム構造体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。
【００３４】
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に近く、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。
【００３５】
次に、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とするハニカム構造体として形成された伝熱部材１の製造方法について説明する。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。
【００３６】
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３ａによって区画された排ガスの流路となる複数のセル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伝熱部材１を得ることができる。
【００３７】
以上のように、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣ等の熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって、ハニカム構造体として伝熱部材１を形成することにより、良好な熱伝導率を示し、耐久性も有する伝熱部材１とすることができる。
【００３８】
次に、図３を用いて熱電発電デバイス１００について説明する。本発明の熱電発電デバイス１００は、ハニカム構造体として形成された伝熱部材１と、その伝熱部材１の外壁部２に接して取り付けられ、伝熱部材１からの熱を伝達する伝熱補助部材１０と、その伝熱補助部材１０の外側面１２に接して取り付けられ、伝熱部材１からの熱を電気に変換する熱電変換部としての熱電素子２０と、その熱電素子２０に対して伝熱部材１の反対側に配置され、熱電素子２０を冷却する冷却部３０と、を備える。
【００３９】
伝熱部材１は、前述のように、一の端面から他の端面まで連通する複数のセルを形成する隔壁３ａを含むセル構造部３と、そのセル構造部３の外周面上に配設された外壁部２とを備え、熱伝導率が３００℃において４０Ｗ／ｍＫ以上であるセラミック材料によって形成されている。
【００４０】
伝熱部材１の外壁部２と伝熱補助部材１０の内側面１１とが互いに接触する接触面として形成され、伝熱部材１の外壁部２に伝熱補助部材１０が取り付けられている。このように形成することにより、伝熱部材１で吸収された熱エネルギーが伝熱補助部材１０に伝達される。
【００４１】
また、伝熱補助部材１０の外側面１２と熱電素子２０の内側面２１とが互いに接触する接触面として形成されている。さらに具体的には、伝熱補助部材１０の外側面１２が平面部として形成され、伝熱補助部材１０の外側面１２と接触する熱電素子２０の内側面２１も平面部として形成されている。伝熱補助部材１０は、高熱伝導率を有し、高温耐久性のよいものが好ましく、例えば、伝熱部材１と同材質のものを用いて形成することができる。または、ガスや外気と接触しにくい構造においてはＣｕ等の高熱伝導率金属も本部材に限って使用可能である。伝熱補助部材１０の外側面１２と、熱電素子２０の内側面２１が平面部として形成されていることから、これらが密着し、伝熱部材１からの熱エネルギーが熱電素子２０へ良好に伝達される。
【００４２】
図３においては、伝熱補助部材１０は、板状に形成されて伝熱部材１に取り付けられているが、図１に示したように、伝熱部材１が嵌合する一体の筒状体であるリム部５として形成してもよい。その場合、外側面１２は、熱電素子２０と接触させるために、平面部を有するように形成するとよい。あるいは、外周が平面である形に押出成形されたハニカム構造体を形成し、伝熱補助部材１０を備えずに、ハニカム構造体の平面部に熱電素子２０を接合してもよい。
【００４３】
熱電素子２０は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、高温側となる内側面２１と低温側となる外側面２２の両面間に生じる温度差によってゼーベック効果による起電力を発生する。熱電素子２０は、伝熱補助部材１０の外側面１２上に周方向に並んで離散的に複数配置されており、このように配置することにより、より多くの熱電素子２０を配置することができ、効率よく、熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。熱電素子２０には、図示されない電極が形成されている。
【００４４】
冷却部３０は、円筒状に形成され、その円筒本体部３１内に冷却水を通水する冷却水孔３５が形成されている。冷却水孔３５は、円筒本体部３１の高さ方向に冷却水が流水するように、円周方向に複数形成されている。冷却水孔３５に冷却水の代わりに空気を流通させ、空冷としてもよい。つまり、冷却水孔３５は、冷却流体孔である。また、冷却部３０は、円筒本体部３１の内周面３２に、嵌合部３６が形成されており、嵌合部３６に熱電素子２０の外側面２２側が嵌合されている。
【００４５】
以上の構成の熱電発電デバイス１００は、伝熱部材１で吸収された熱エネルギーが伝熱補助部材１０を介して熱電素子２０に伝達され、熱電素子２０において、電気エネルギーに変換される。
【００４６】
図４に熱電発電デバイス１００を車両の排気系に備えた例を示す。熱電発電デバイス１００は、自動車等の車両に備えられ、エンジンから排出される排ガスを導入して、その排ガスの熱を回収し、発電を行う装置である。具体的には、エンジン４０の作動時にエンジン４０から排出された排ガスは、ＣＣ触媒（エンジン運転開始直後の昇温着火性を重視し軽量、高セル密度担体にＰｔ，Ｒｈ，Ｐｄの貴金属と酸素吸蔵成分としてＣｅＯ２を含むアルミナコートに担持した三元触媒）を備えた第一触媒部４１、その他の触媒（例えば、高流量運転条件においてＣＣ触媒で処理しきれないＮＯｘ、ＨＣ，ＣＯの浄化を受け持つ、より高容積の三元触媒）を備えた第二触媒部４２に導入された後、熱電発電デバイス１００に導入される。熱電発電デバイス１００のセル構造部３に導入された排ガスは、セル構造部３において、前述にように、熱エネルギーが吸収され、熱電素子２０に伝達されて、発電される。
【００４７】
なお、発電効率を向上させるために、図５（ａ）に示すように、熱電発電デバイス１００を排ガスの流路に対して並列に備えてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、熱電発電デバイス１００を並列に、かつ直列に備えることにより、さらに発電効率を向上させることができる。
【００４８】
図６にセル密度による伝熱部材１の外壁部２における熱流束を示す。熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以上のセラミック材料により、セル密度が８０セル／ｉｎ２（ｃｐｓｉ）以上に形成された伝熱部材１は、外壁部２における熱流束／ハニカム部断面積が約９０×１０−６Ｗ／ｍ２／ｍ２以上を示し、熱を良好に伝達することができることが分かる。すなわち、セラミック材料によりハニカム構造体として形成された伝熱部材１は、従来の金属製のフィンタイプの伝熱部材と同様の良好な熱流束を示す。
【００４９】
図７にセル構造部３が形成されない非セル構造部４が中心部に高さ方向に沿って形成された場合の熱流束を示す。内径ｒ＝０は、非セル構造部４が形成されない場合であり、内径ｒ＝２５．５ｍｍは、半径が２５．５ｍｍの円筒状に非セル構造部４が形成された場合である。なお、外径は、ｒ＝４８ｍｍである。図７に示すように、内径が大きい場合、外壁部２における熱流束が大きくなり、良好な熱伝導性を示すことが分かる。つまり、（セル構造部の内径）／（外壁部の外径）の比が３０％以上８０％以下であるとよい。
【００５０】
以上のように、熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以上のセラミック材料により、セル密度が８０セル／ｉｎ２（ｃｐｓｉ）以上に形成された伝熱部材１は、耐久性がよく、製造が容易であるとともに、熱伝導性、熱流束が、従来の金属製の伝熱部材と同様に良好である。
【実施例】
【００５１】
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。
【００５２】
（実施例１〜１１）
伝熱部材１を形成するセラミック材料として、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣ等を採用して伝熱部材を作製し、実施例１〜１１の試料とした。
【００５３】
Ｓｉ含浸ＳｉＣの場合は、まず、所定量のＣ粉末、ＳｉＣ粉末等の原材料に、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た。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を含浸させた。
【００５４】
また、Ｓｉ３Ｎ４、及びＳｉＣの場合も同様に、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、成形体を得た。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伝熱部材を得た。
【００５５】
なお、伝熱部材（ハニカム構造体）のセルピッチ、壁厚は、押し出し金型の変更により変化させた。また、同材料での熱伝導率が違うもの（ＳｉＣ）は、原料配合、焼成条件を変更し、気孔率を調整することにより、伝熱部材としての熱伝導率を変化させた。
【００５６】
（比較例１〜４）
比較例１〜４は、ＳＵＳのバルク体から、放電加工により所定のセルピッチ、壁厚のハニカム状伝熱部材を作製した。
【００５７】
そして、ハニカム構造体として形成された伝熱部材と、伝熱部材からの熱を伝達する伝熱補助部材と、伝熱部材からの熱を電気に変換する熱電素子と、熱電素子を冷却する冷却部とを備えた熱電発電デバイスとした。
【００５８】
エンジン配管に伝熱部材を備えた熱電発電デバイスを取り付け、熱電発電デバイスの周囲の雰囲気温度を２５℃とし、温度５００℃の排ガスを導入し、伝熱部材の外壁部（外周部）の温度を測定した。外部との熱伝達係数を一定として（内部に水路を有するステンレス製の水冷装置を、外周に接触させ、その水路に流す水の流量を一定にした）得られた外壁部でのハニカム構造体の端面における断面積当たりの熱流束を測定した。また、熱量５Ｎｍ３／ｍｉｎにおける圧力損失を測定した。なお、Ｌ／Ｄは、（一の端面から前記他の端面までの高さ）／（外壁部の外径）の比を示す。比較例１は、特許文献１からの引用であり、部材は円形ではなく角形である。
【００５９】
【表１】
2008128128.tif 000003
【００６０】
表１に示すように、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ含浸ＳｉＣによって、熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫである伝熱部材を形成することができる。特に、実施例９に示すように、Ｓｉ含浸ＳｉＣは、１００Ｗ／ｍＫの高熱伝導率を示した。実施例１〜１１は、熱流束及び圧損がＳＵＳによって形成された比較例１よりも良好である。また内径／外径比が３０％を下回る比較例２は、熱流束が悪く、８０％を越える比較例３は、圧損が高くなった。さらにＬ／Ｄ＞１の比較例４も、熱流束が悪く、圧損が高かった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の伝熱部材は、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジンや、燃焼機器等から排ガスとともに排出される熱を回収する熱交換体として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】伝熱部材の端面を模式的に示す平面図である。
【図２】ハニカム構造体として形成された伝熱部材を模式的に示す斜視図である。
【図３】熱電発電デバイスの端面を模式的に示す平面図である。
【図４】熱電発電デバイスを搭載した車両の排気系を説明する説明図である。
【図５】複数配置された熱電発電デバイスを説明する説明図である。
【図６】セル密度による伝熱部材の外壁部における熱流束を示す図である。
【図７】非セル構造部が形成された伝熱部材の熱流束を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１：伝熱部材、２：外壁部、３：セル構造部、３ａ：隔壁、４：非セル構造部、５：リム部、５ａ：リム部の平面部、１０：伝熱補助部材、１１：伝熱補助部材の内側面、１２：伝熱補助部材の外側面、２０：熱電素子（熱電変換部）、２１：熱電素子の内側面、２２：熱電素子の外側面、３０：冷却部、３１：円筒本体部、３２：円筒本体部の内周面、３３：円筒本体部の外周面、３５：冷却水孔、３６：嵌合部、４０：エンジン、４１：第一触媒部、４２：第二触媒部、１００：熱電発電デバイス。
【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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