(57)【要約】【課題】  流通孔において乱流を効率よく発生させることができ、隔壁と流体とを効率的に接触させる。【解決手段】  セラミック焼結体からなる隔壁を有する、前記隔壁によって仕切られた複数の流通孔を備えた流通孔部材であって、前記流通孔の軸方向に沿って一方端から他方端に向かう途中に、前記軸方向に対して垂直な断面における前記流通孔の断面積が漸減した後に漸増している断面積縮小部を、前記軸方向に沿って離間して複数備えていることを特徴とする流通孔部材を提供する。【選択図】  図１
2013011362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック焼結体からなる隔壁を有する、前記隔壁によって仕切られた複数の流通孔を備えた流通孔部材であって、
前記流通孔の軸方向に沿って一方端から他方端に向かう途中に、前記軸方向に対して垂直な断面における前記流通孔の断面積が漸減した後に漸増している断面積縮小部を、前記軸方向に沿って離間して複数備えていることを特徴とする流通孔部材。
【請求項２】
前記隔壁は、前記断面積縮小部において、前記軸方向に沿った突条部を備えていることを特徴とする請求項１記載の流通孔部材。
【請求項３】
前記隔壁は、前記断面積縮小部において、前記軸方向に沿った溝を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の流通孔部材。
【請求項４】
前記セラミック焼結体は、ＳｉＣを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流通孔部材。
【請求項５】
前記セラミック焼結体は、コージェライトまたはチタン酸アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流通孔部材。
【請求項６】
セラミック原料粉末と、軸方向がそれぞれ平行に配置された複数の長尺状の樹脂体とが一体化した成形体を準備する工程と、
前記成形体を前記熱可塑性樹脂が軟化する温度に加熱しながら、前記成形体の前記外周面の複数箇所に対して軸方向に垂直な方向の圧縮力を部分的に加えることによって、前記成形体の軸方向に垂直な方向の断面積および前記樹脂体の前記軸方向に垂直な方向の断面積を部分的に縮小して、前記成形体および前記樹脂体に断面積が漸減した後に漸増している断面積縮小部を形成する工程と、
前記断面積縮小部を形成する工程の後、前記成形体を前記セラミック原料粉末の焼成温度に加熱して焼成するとともに前記樹脂体を焼失させて、セラミック焼結体に前記断面積縮小部に対応する断面積縮小部を備えた複数の流通孔を有する流通孔部材を得る工程とを有することを特徴とする流通孔部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が通過する複数の流通孔を備えた流通孔部材、および流通孔部材の製造方法に関する。本発明の流通孔部材は、例えば、流体の熱エネルギーを吸収して流体の温度を低減したり、流体に熱エネルギーを与えて流体の温度を高めるための熱交換器や、流体に含まれる微粒子等を捕集するフィルター等の用途に使用される、
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば燃焼機関の排気ガスから熱エネルギーを吸収して排気ガスの温度を低減したり、吸収した熱エネルギーを気体に与えてこの気体の温度を高めるための熱交換器や、例えばディーゼルエンジン等の排気ガスに含まれる微粒子を捕集するためのフィルタ等に、軸方向に配置された隔壁で仕切られた複数の流通孔を有する流通孔部材が用いられている。流通孔部材の材質として、排気ガス等に含まれる化学物質との反応が小さく温度変動に対する耐性も高い、セラミック焼結体が多く用いられている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、従来のセラミック焼結体からなる流通孔部材を用いた、熱交換器の一例が開示されている。図１１（ａ）は、特許文献１記載の流通孔部材１０２の斜視図であり、図１１（ｂ）は特許文献１記載の流通孔部材１０２の概略断面図である。また図１２は、図１１に示す流通孔部材１０２を熱交換器として用いた、ラジアントチューブバーナー装置の一例を示す概略構成図である。
【０００４】
図１２に示すラジアントチューブバーナー装置１００（以降、バーナー装置１００とする）は、例えば、管状のラジアントチューブ１０１内に高温の気体を流して、このラジアントチューブ１０１の温度を高め、ラジアントチューブ１０１の周辺雰囲気を加熱する為に用いられる。流通孔部材１０２は、バーナーの燃焼によって加熱した高温の排気ガスと直接接触して、この排気ガスから熱を吸収した後、燃焼前の燃焼用空気と直接接触してこの燃焼用空気に熱エネルギーを与える、熱交換器として機能する。
【０００５】
図１２に示すバーナー装置１００は、ラジアントチューブ１０１と、その両端に夫々装備されたバーナー１０３Ａおよび１０３Ｂと、各バーナー１０３Ａおよび１０３Ｂを燃焼用空気供給系１０９と燃焼ガス排気系１１０とに選択的に接続するための四方弁１０８と、燃料供給系１１３をバーナー１０３Ａまたはバーナー１０３Ｂのいずれかに選択的に接続して一方のバーナーに燃料を供給するための三方弁１０７と、燃焼した後のガスを誘引排気するための排気ブロワ１１２と、燃焼用空気供給系１０９に燃焼用空気を送り込むための押し込み送風機１１１と、を備えている。各バーナー１０３Ａおよび１０３Ｂは、筐体構造のバーナシェル１０５と、燃焼筒１０４Ａおよび１０４Ｂと、流通孔部材１０２Ａ、１０２Ｂと、点火具であるパイロットバーナー１０６とを備えている。
【０００６】
図１２には、矢印で燃焼用空気の流れの例を示している。図１２に示す状態では、燃焼用空気供給系１０９の押込み送風機１１１から供給される燃焼用空気をバーナー１０３Ｂへ供給して燃焼させる一方、燃焼後の排気ガスを他方のバーナー１０３Ａの流通孔部材１０２Ａを経て排気ブロワ１１２によって誘引排気している（第１の状態）。バーナー装置１００では、四方弁１０８および三方弁１０７の状態を変化させることで、燃焼用空気供給系１０９から供給される燃焼用空気をバーナー１０３Ａへ供給して燃焼させ、燃焼後の排気ガスを他方のバーナー１０３Ｂの流通孔部材１０２Ｂを経て排気ブロワ１１２によって誘引排気された状態（第２の状態）とすることもできる。バーナー装置１００では、四方弁１０８および三方弁１０７の状態を変化させて、気体の流れの状態を交互に切り替える。
【０００７】
バーナー装置１００は、２つの流通孔部材１０２Ａおよび１０２Ｂを備えており、流通孔部材１０２Ａおよび１０２Ｂは同様の構成を有している。図１０では流通孔部材１０２Ａおよび１０２Ｂを代表し、流通孔部材１０２Ａの構成について示している。流通孔部材１０２Ａは、軸方向に配置された隔壁１３０によって仕切られた複数の流通孔１２０を備え、例えばコージライト、ムライト等を主成分とするセラミック焼結体からなる。流通孔部材１０２Ａは、押出し成形法によって作製されており、流通孔部材１０２Ａの流通孔１２０の断面は、軸方向に沿って略一定となっている。流通孔部材１０２Ａは、流通孔１２０を通過する燃焼後の排気ガスから熱エネルギーを吸収した後、流通孔１２０を通過する燃焼前の燃焼用空気に熱エネルギーを与え、この燃焼用空気の温度を高くする。
【０００８】
１つのバーナ１０３Ａに配置された流通孔部材１０２Ａに着目してみると、上記第１の状態において、燃焼後の排気ガスが複数の流通孔１２０を通過することで、この排気ガスから熱エネルギーを吸収して流通孔部材１０２Ａ自身の温度が上昇する。第１の状態の後に第２の状態に切り替えた際には、燃焼前の燃焼用空気が複数の流通孔１２０を通過することで、この燃焼用空気に流通孔部材１０２Ａから熱エネルギーが与えられ、通過する燃焼用空気の温度が上昇する。バーナー装置１００では、このように、第１の状態と第２の状態とを切り替えることで、燃焼前空気の燃焼効率を高めるとともに、燃焼後の排気ガスの温度を高くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２５１１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１のように押出成形によって作製した従来の流通孔部材１０２では、軸方向（すなわち流体が流れる方向）に沿った流通孔１２０の断面積が、軸方向に沿った一方端から他方端にかけて一定となっている。このような従来の流通孔部材１０２では、流通孔１２０の軸方向と隔壁１３０の表面が一様に平行、すなわち、流通孔１２０を流れる流体の流れの方向（図１０（ｂ）に矢印で示す）と隔壁１３０の表面とが、軸方向に沿った一方端から他方端にかけて一様に平行となっている。このため、隔壁１３０のごく近傍では、排気ガスや燃焼用空気が安定した層流を形成し、この層流では流体の流速もごく小さくなっている。さらに、この層流が安定して形成されることで、隔壁１３０の近傍部分と、流通孔１２０の中央付近との温度勾配が安定して維持され易い。すなわち、従来の流通孔部材では、流通孔の中央付近を流れている部分については、隔壁と直接的な熱エネルギーのやり取りが行われ難く、例えば熱交換器用途における熱変換効率や、フィルター用途における微粒子の捕集効率等が不十分となる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は、セラミック焼結体からなる隔壁を有する、前記隔壁によって仕切られた複数の流通孔を備えた流通孔部材であって、前記流通孔の軸方向に沿って一方端から他方端に向かう途中に、前記軸方向に対して垂直な断面における前記流通孔の断面積が漸減した後に漸増している断面積縮小部を、軸方向に沿って離間して複数備えていることを特徴とする流通孔部材を提供する。
【００１２】
また、セラミック原料粉末と、軸方向がそれぞれ平行に配置された複数の長尺状の樹脂体とが一体化した成形体を準備する工程と、前記成形体を前記熱可塑性樹脂が軟化する温度に加熱しながら、前記成形体の前記外周面の複数箇所に対して軸方向に垂直な方向の圧縮力を部分的に加えることによって、前記成形体の軸方向に垂直な方向の断面積および前
記樹脂体の前記軸方向に垂直な方向の断面積を部分的に縮小して、前記成形体および前記樹脂体に断面積が漸減した後に漸増している断面積縮小部を形成する工程と、前記断面積縮小部を形成する工程の後、前記成形体を前記セラミック原料粉末の焼成温度に加熱して焼成するとともに前記樹脂体を焼失させて、セラミック焼結体に前記断面積縮小部に対応する断面積縮小部を備えた複数の流通孔を有する流通孔部材を得る工程とを有することを特徴とする流通孔部材の製造方法を、併せて提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の流通孔部材は、流通孔において乱流を効率よく発生させることが可能であり、隔壁と流体とを効率的に接触させることができる。本発明の流通孔部材を用いることで、例えば、隔壁と流体との熱交換の効率を高くしたり、隔壁による流体内に微粒子の捕集効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明の流通孔部材の一実施形態であるハニカム構造体１の概略斜視図、（ｂ）はハニカム構造体１の(ａ)に示すＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】図１（ｂ）に示す断面の一部を拡大して示す図である。
【図３】（ａ）は図１および図２に示す本実施形態のハニカム構造体１の、軸方向に垂直な断面を拡大して示す図であり、（ｂ）は流通孔部材の異なる実施形態の概略断面図である。
【図４】図１に示すハニカム構造体１を熱交換器として用いた、ラジアントチューブバーナー装置１０の概略構成図である。
【図５】(ａ)は、本発明の第２の実施形態である熱交換パイプ５０の概略斜視図、（ｂ）は熱交換パイプ５０の図５(ａ)に示すＢ−Ｂ線における断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の流通孔部材の第３の実施形態であるハニカム構造体７０の概略斜視図、（ｂ）はハニカム構造体７０の図６(ａ)に示すＣ−Ｃ線における断面図である。
【図７】図６に示すハニカム構造体７０を備えて構成された排気ガス処理装置８０の一実施形態について説明する概略断面図である。
【図８】本発明の流通孔部材の製造方法の一実施形態について説明する図であり、（ａ）および（ｂ）は、図１に示すハニカム構造体１の製造工程の一部について説明する断面図である。
【図９】図１に示すハニカム構造体１の製造方法の一部について説明する図であり、図８と異なる工程についての概略断面図である。
【図１０】図１に示すハニカム構造体１の製造方法の一部について説明する図であり、図９とは異なる実施形態について示している。
【図１１】（ａ）は従来の流通孔部材の斜視図であり、（ｂ）は従来の流通孔部材の概略断面図である。
【図１２】図１１に示す流通孔部材１０２を熱交換器として用いた、従来のラジアントチューブバーナー装置の一例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の流通孔部材の実施形態について、図面を参照して説明する。図１および図２は、本発明の流通孔部材の一実施形態であるハニカム構造体１についての説明図である。流通孔部材の一実施形態であるハニカム構造体１は、隔壁４で仕切られた複数の流通孔２を有し、各流通孔２は、ハニカム構造体の一方端面１αと他方端面１βとの双方に開口して貫通している。ハニカム構造体１は、コージェライト、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート等を主成分とするセラミック焼結体である。ハニカム構造体１は、外径が１００〜１０００ｍｍ、軸方向の長さが１００〜１０００ｍｍの円柱である。なお、軸方向とは、ハニカム構造体１の
一方端面１αから、他方端面１βに向かう方向である。
【００１６】
本実施形態のハニカム構造体１では、図１（ｂ）および図２に示すように、軸方向に沿って一方端面１αから他方端面１βに向かう途中に、複数の断面積縮小部６（以下、縮小部６とする）が、軸方向に沿って離間して配置されている。縮小部６は、軸方向に対して垂直な断面における流通孔２の断面積が、軸方向に沿って一方端から他方端に向かう途中に、漸減した後に漸増している部分をいう。
【００１７】
ハニカム構造体１では、これら縮小部６において、流通孔２を通過する流体の速度および圧力に変化が生じ、流通孔２内で流体に適度な乱流が生じ易くなっている。すなわち、ハニカム構造体１では、図２に矢印で示すように、縮小部６を起点として、隔壁４の表面近傍に形成されていた層流が隔壁４から剥離して乱流となり易い。隔壁４に沿った層流が形成されている場合、隔壁４に接触している流体部分（層流に対応する部分）は安定して層流内に留まる一方、流通孔２の中央部分を流れる流体部分は、安定して形成された層流が障壁となり隔壁４と接し難い。ハニカム構造体１では、縮小部６を起点とした乱流よって、流通孔２内を流れる流体の流れが適度に乱れることになり、流通孔２を流れる流体に、隔壁の表面に向けて衝突するように流れる流れの成分が生じ易い（図２中の矢印参照）。この流れの成分により、流通孔の中央部分を流れる流体成分も、隔壁４に衝突するように流れ、流通孔２内部を流れる流体全体が、隔壁４と接触するように流れる。
【００１８】
本実施形態のハニカム構造体１では、流通孔２内を流れる流体が隔壁４と効率的に接触することができ、例えば流体と隔壁４との熱交換効率が高い。
【００１９】
また、ハニカム構造体１では、複数の流通孔２はの中心軸が、いずれも曲折している。流通孔２の中心軸とは、流通孔２の軸方向に垂直な断面の重心位置を繋げた仮想線に対応する。流通孔２の中心軸が曲折していることで、曲折部分において、隔壁４に衝突するように流れる流れの成分が生じ、流通孔２内を流れる流体が隔壁４とより効率的に接触し、例えば流体と隔壁４との熱交換効率をより高くすることができる。
【００２０】
図３（ａ）は、本実施形態のハニカム構造体１の、軸方向に垂直な断面を拡大して示す図である。より詳しくは、ハニカム構造体１では、隔壁４が軸方向に沿った突条部７を備えている。ハニカム構造体１は、隔壁４に突状部７を有することで、流通孔２の内周面である隔壁４の表面積が比較的大きくなり、流通孔２を流れる流体と隔壁４との接触の程度が大きくなる。また、この突状部７は、流通孔２の軸方向に沿って延びているので、軸方向に沿った流体の流れを必要以上には阻害せず、安定した流量で流体を流すことができる。
【００２１】
なお、図３（ｂ）は、ハニカム構造体の他の実施形態について拡大して示す断面図である。図３(ｂ)において、図３(ａ)と同様の構成については、図３(ａ)と同じ符号を付して説明している。図３（ｂ）に示すように、ハニカム構造体は、縮小部６に、軸方向に沿った溝１５を備えていてもよく、この場合も、突状部１３を有する場合と同様、隔壁４の表面積が大きくなり、流通孔２内を流れる流体が隔壁４と効率的に接触することができる。このような突状部１３や溝部１５は、流通孔２の全体にわたって形成されていてもよく、また例えば、ハニカム構造体１の縮小部６について限定的に設けるなど、流通孔２の一箇所または複数箇所に部分的に形成されていてもよい。
【００２２】
図４は、図１に示すハニカム構造体１を熱交換器として用いた、ラジアントチューブバーナー装置１０（以下、バーナー装置１０とする）の概略構成図である。バーナー装置１０は、後述するラジアントチューブ１１を高温に維持し、このラジアントチューブ１１の周辺雰囲気等を加熱するための装置である。
【００２３】
バーナー装置１０は、ラジアントチューブ１１と、その両端に夫々装備されたバーナー１３Ａおよび１３Ｂと、連結管２７Ａおよび２７Ｂとを介してバーナー１３Ａおよび１３Ｂに各々接続された四方弁１８と、燃料送付管２５Ａおよび２５Ｂとを介してバーナー１３Ａおよびバーナー１３Ｂに各々接続された三方弁１７と、四方弁１８に燃焼用空気を送り込むための押込み送風機２１と、バーナーの燃焼により加熱された後の排気ガスを四方弁１８から排気するための排気ブロワ２２と、燃料供給器１９と、燃料供給器１９から供給された燃料を三方弁１７に送るする燃料供給配管２３と、三方弁１７や四方弁１８およびバーナー１３Ａおよび１３Ｂと接続して各部の動作を制御する図示しない制御部と、を備えて構成されている。
【００２４】
連結管２７Ａの内部にはハニカム構造体１Ａが、連結管２７Ｂの内部にはハニカム構造体１Ｂがそれぞれ配置されている。ハニカム構造体１Ａとハニカム構造体１Ｂは、いずれも図１に示すハニカム構造体と同様の構成を有する。ハニカム構造体１Ａは、複数の流通孔２が連結管２７Ａの軸方向に沿って平行となるように配置され、ハニカム構造体１Ｂは、複数の流通孔２が連結管２７Ｂの軸方向に沿って平行となるように配置されている。ハニカム構造体１Ａの外周面と、連結管２７Ａの内面との間隙には、キャスター等の耐火材２９が充填されており、連結管２７Ａ内を通過する流体は、全てハニカム構造体１Ａの流通孔２を通過する構成となっている。同様に、ハニカム構造体１Ｂの外周面と、連結管２７Ｂの内面との間隙には、キャスター等の耐火材２９が充填されており、連結管２７Ｂ内を通過する流体は、全てハニカム構造体１Ｂの流通孔２を通過する構成となっている。
【００２５】
バーナー１３Ａとバーナー１３Ｂとは、それぞれ同様の構成を有している。バーナー１３Ａおよびバーナー１３Ｂを代表し、バーナー１３Ａの構成について説明する。バーナー１３Ａは、ラジアントチューブ１１に連続した筐体構造のバーナシェル５Ａと、燃焼筒１４Ａと、点火具であるパイロットバーナー１６Ａと、を備えて構成されている。バーナシェル５の一部は開口し、連結管２７（バーナー１３Ａの場合、連結管２７Ａ）と接続している。
【００２６】
燃焼筒１４Ａは筒状の部材であって、バーナシェル５Ａの壁面の一部を貫通し、一方の端部がバーナシェル５Ａで囲まれた内部空間に配置されている。燃焼筒１４Ａは、他方の端部が燃料送付管２５Ａと接続され、他方の開口端がバーナシェル５Ａで囲まれた内部空間に配置されている。燃焼筒１４Ａの筒状の管路内には、燃料供給管２３、三方弁１８および燃料送付管２５Ａを介して、燃料供給器１９から燃料が供給される構成となっている。
【００２７】
また、燃焼筒１４Ａは、バーナシェル５Ａの外側に位置する部分に空気吸入孔１７を備えており、図示しない空気供給装置を介して、この空気吸入孔１７から燃焼筒１４Ａの内部に圧縮空気が供給される。燃焼筒１４Ａの他方の端部からは、燃料送付管２５Ａから供給された燃料と、空気吸入孔３１を介して供給された空気との混合気体が噴出される。パイロットバーナー１６Ａは、燃焼筒１４Ａから噴出された混合気体の流れに接触する位置に配置されており、火花等を発生させてこの混合気体を燃焼させる。
【００２８】
バーナー１３Ａと接続した燃料送付管２５Ａ、バーナー１３Ｂと接続した燃料送付管２５Ｂは、上述のように、それぞれ三方弁１７と接続されている。三方弁１７は、燃料供給管２３からバーナー１３Ａおよび１３Ｂいずれかへの燃料供給経路を切り替え、バーナー１３Ａ（の燃焼筒１４Ａ）およびバーナー１３Ｂ（の燃焼筒１４Ｂ）に対して交互に燃料を供給する。
【００２９】
また、バーナー１３Ａと接続した連結管路２７Ａ、バーナー１３Ｂと接続した連結管路
２７Ｂは、それぞれ四方弁１８と接続されている。四方弁１８は、空気を各バーナー１３Ａおよび１３Ｂに送り込むための押込み送風機２１と、各バーナー１３Ａおよび１３Ｂにおいて燃焼した後のガスを排気するための排気ブロワ２２と接続されている。四方弁１８は、押し込み送風器２１によって空気を送り込む対象の連結管路と、排気ブロワ２２によって排気する対象の連結管路の組合せを切り替える。
【００３０】
図４に示す例では、押し込み送風器２１から連結管２７Ｂに配置したハニカム構造体１Ｂを介してバーナー１３Ｂに空気を送り、送った空気をバーナー１３Ｂにおける燃焼筒１４Ｂの燃焼によって加熱するとともに、加熱した後の排気ガスを、バーナー１３Ａ側の連結管２７Ａに配置したハニカム構造体１Ａを通過させて、排気ブロワ２２によって吸引排気する状態（第１の状態とする）について示している。
【００３１】
バーナー装置１０では、四方弁１８および三方弁１７の状態を変化させることで、押し込み送風器２１から連結管２７Ａに配置したハニカム構造体１Ａを介してバーナー１３Ａに空気を送り、送った空気をバーナー１３Ａにおける燃焼筒１４Ａの燃焼によって加熱するとともに、加熱した燃焼後空気を、バーナー１３Ｂ側の連結管２７Ｂに配置したハニカム構造体１Ｂを介して、排気ブロワ２２によって吸引排気する状態（第２の状態とする）とすることもできる。バーナー装置１０では、図示しない制御部が、四方弁１８および三方弁１７の状態を変化させるとともに、パイロットバーナー１６の点火タイミング等を制御することによって、この第１の状態と第２の状態とを交互に切り替えている。
【００３２】
バーナー装置１０において、連結管２７Ａに配置したハニカム構造体１Ａに着目してみると、第１の状態では、燃焼後の排気ガスが複数の流通孔２を通過することで、ハニカム構造体１の隔壁４が排気ガスから熱エネルギーを吸収して、ハニカム構造体１Ａ自身の温度が上昇する。一方、第２の状態では、燃焼前の低温の空気が複数の流通孔２を通過するが、この際、第１の状態において高温になったハニカム構造体１の隔壁４から燃焼前の空気に熱エネルギーが与えられ、燃焼前の空気の温度が上昇するとともに、ハニカム構造体１Ａ自身の温度は低下する。他方のハニカム構造体１Ｂに着目してみると、第１の状態において、燃焼前の低温の空気に熱エネルギーを与え、第２の状態において、ハニカム構造体１Ｂの隔壁４が、この排気ガスから熱エネルギーを吸収してハニカム構造体１Ｂ自身の温度が上昇する。
【００３３】
ハニカム構造体１では、図２に矢印で示すように、内部を通過する流体がは、縮小部６を起点として乱流となり易く、流通孔２内部を流れる流体全体が、隔壁４と接触するように流れ易い。ハニカム構造体１では、流通孔２内を流れる流体全体が隔壁４と効率的に接触することができ、流体と隔壁４との熱交換効率が高い。ハニカム構造体１を熱交換器として備えるバーナー装置１０では、第１の状態において、ハニカム構造体１Ｂから燃焼前空気に熱エネルギーが効率よく伝わり、燃焼前空気の温度を高くすることができる。これにより、第１の状態における、ラジアントチューブ１１を通過する気体の温度を高くすることができる。また、この第１の状態においてハニカム構造体１Ａでは、燃焼後空気からハニカム構造体１Ａに熱エネルギーが効率良く伝わり、ハニカム構造体１Ａの温度を比較的高くすることができる。第２の状態においては、ハニカム構造体１Ａから燃焼前空気に熱エネルギーが効率よく伝わり、第２の状態においても、燃焼前空気の温度を高くすることができる。このようにバーナー装置１０では、各ハニカム構造体１Ａおよび１Ｂと、燃焼前空気および排気ガスとの熱交換の効率が高く、燃焼前の空気の温度を予め高くすることができ、ラジアントチューブ１１の温度を比較的高い温度に維持することができる。
【００３４】
次に、本発明の流通孔部材の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。第２の実施形態の流通孔部材は、第１の実施形態とは異なる態様の熱交換器に好適に用いられる。図５(ａ)は、本発明の第２の実施形態である熱交換パイプ５０の概略斜視図、図５（
ｂ）は熱交換パイプ５０の図５(ａ)に示すＢ−Ｂ線における断面図である。
【００３５】
本実施形態の熱交換パイプ５０も、軸方向に配置された隔壁５４で仕切られた複数の流通孔５２を有する。熱交換パイプ５０は、中央部に配置された中央流通孔５２ａと、この中央流通孔５２ａの周囲を囲むように配置された、複数の周辺流通孔５２ｂとを有する。本実施形態の熱交換パイプ５０も、第１の実施形態のハニカム構造体１と同様、軸方向に対して垂直な断面における流通孔５２の断面積が、軸方向に沿って一方端から他方端に向かう途中に、漸減した後に漸増している断面積縮小部５６（以下、縮小部５６とする）を、軸方向に沿って離間して複数備えている。この熱交換パイプ５０は、コージェライト、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート等を主成分とするセラミック焼結体からなる。この中で、熱伝導度が高く、かつ機械的強度も高い点で、炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とすることが好ましい。
【００３６】
図５(ａ)および（ｂ）に示す熱交換パイプ５０は、例えば高温の液体の冷却に用いることができる。この場合、例えば、冷却対象である高温液体を、中央流通孔５２ａの内部に、一方主面５０αの側から５０βの側に向かって流通させるとともに（図５（ｂ）の黒矢印）、冷媒となる低温液体を、周辺流通孔５２ｂの内部に、他方主面５０βから一方主面５０αに向かって流す（図５（ｂ）の白抜き矢印）。このように、中央流通孔５２ａと周辺流通孔５２ｂとに各々異なる温度の流体を流すことで、中央流通孔５２ａの流体と、周辺流通孔５２ｂの流体とが、隔壁５４を介して熱交換することで、中央流通孔５２ａ内の高温液体の温度を低減することができる。
【００３７】
熱交換パイプ５０でも、縮小部５６を、軸方向に沿って離間して複数備えており、第１の実施形態のハニカム構造体１と同様、熱交換パイプ５０でも、これら縮小部５６において、中央流通孔５２ａおよび周辺流通孔５２ｂを通過する流体の速度および圧力に変化が生じ、縮小部６５を起点とした乱流が生じ易い。本実施形態の熱交換パイプ５０においても、流通孔５２内を流れる液体全体が隔壁５４と効率的に接触することができ、流体と隔壁５４との熱交換効率が高い。熱交換パイプ５０を熱交換器として用いることで、液体の温度を効率よく制御することができる。本発明の流通孔部材の内部を流れる流体は、気体でも液体でもよく、特に限定されない。また、流通孔部材が備える貫通孔の数も特に限定されず、また流通孔に数は単数であってもよい。
【００３８】
次に、本発明の流通孔部材の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図６（ａ）は、本発明の流通孔部材の第３の実施形態であるハニカム構造体７０の概略斜視図、（ｂ）はハニカム構造体７０の図６(ａ)に示すＣ−Ｃ線における断面図である。ハニカム構造体７０は、軸方向に配置された隔壁７４で仕切られた複数の流通孔７２を有している。第３の実施形態のハニカム構造体７０も、第１の実施形態のハニカム構造体１と同様、軸方向に対して垂直な断面における流通孔７２の断面積が、軸方向に沿って一方端から他方端に向かう途中に、漸減した後に漸増している断面積縮小部７６（以下、縮小部７６とする）を、軸方向に沿って離間して複数備えている。
【００３９】
ハニカム構造体７０では、これら縮小部７６において、流通孔７２を通過する流体の速度および圧力に変化が生じ、流通孔７２内で流体に適度な乱流が生じ易くなっている。本実施形態のハニカム構造体７０は、軸方向に配置された隔壁７４で仕切られた複数の流通孔７２を有し、複数の流通孔７２はそれぞれ一方の端部が封止部材７３によって封止されている。より具体的には、ハニカム構造体７０は、一方端面７０αと他方端面７０βのうち、他方端面β側の端部のみが封止部材７３によって封止された第１流入孔７２ａと、一方端面７０α側の端部のみが封止部材７３によって封止された第２流通孔７２ｂとが、交互に配置されている。
【００４０】
ハニカム構造体７０は、コージェライト、チタン酸アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート等を主成分とする焼結体により形成されるものであり、外径が１００〜２００ｍｍ、軸方向の長さが１００〜２５０ｍｍの円柱であって、軸方向に対して垂直な断面における流通孔２の個数が１平方インチ当たり５０〜８００個である。
【００４１】
図７は、本実施形態のハニカム構造体７０を備えて構成された排気ガス処理装置８０について説明する概略断面図である。排気ガス処理装置８０は、ディーゼルエンジンの排気ガス中の、例えば炭素を主成分とする微粒子を捕集し、微粒子が除去された排気ガスを排出するための装置である。
【００４２】
排気ガス処理装置８０は、長手方向の両端に排気ガス流入口８５と排気ガス流出口８６とを有するコーンカップ形状の金属製のケース８７と、ケース８７の内部に配置されたハニカム構造体７０と、ハニカム構造体７０とケース８７との間隙に充填された断熱材８８とを備えて構成されている。
【００４３】
ケース８７には、図示しないディーゼルエンジンからの排気が通過する排気管８９が連通し、この排気管８９より排気ガスがケース８７内に流入する構成となっている。ディーゼルエンジン（不図示）が作動して、排気ガスが排気管８９よりケース８７に流入すると、ハニカム構造体８０の内部では、第１流通孔７２ａに排気ガスが流入する。第１流通孔７２ａに流入した排気ガスは、他方端面７０βに形成された封止部７３によって遮られ、流出が遮られた排気ガスは、多孔質の隔壁７４を通過して、隣接する第２流通孔７２ｂの側へ移動する。第２流通孔７２ｂは上述のように、一方端面７０αの側の端部に封止部７３ａが形成されるとともに、他方端面７０βの側の端部が開口しており、多孔質の隔壁７４を通過した後の排気ガスは、第２の流通孔７２ｂの他方端部７０β側の開口から排出される。隔壁７４では、その気孔内で排気ガス中の炭素を主成分とする微粒子が捕集され、排気ガスは前記微粒子を含まない状態に浄化される。他方端部７０β側から外部に排出される排気ガスは、含まれる微粒子が少なくされている。
【００４４】
第３の実施形態のハニカム構造体７０でも、第１の実施形態と同様、図６（ｂ）に示すように、軸方向に沿って一方端から他方端に向かう途中に、縮小部７６を複数備えている。ハニカム構造体７０でも、縮小部７６を起点とした乱流よって、流通孔７２内を流れる流体（本実施形態では排気ガス）の流れが適度に乱れることになり、流通孔７２を流れる流体に、隔壁７４の表面に向けて衝突するように流れる流れの成分が生じ易い。この流れの成分により、流通孔の中央部分を流れる流体成分も、隔壁７４に衝突するように流れ易く、排気ガスが隔壁７４を通過し易いので、より効率的に微粒子を捕集することができる。また、流通孔７２内で排気ガスの流れに適度な乱れが生じるので、流通孔７２内における部分的な排気ガスの滞留が抑制され、部分的な排気ガスの滞留にともなう微粒子の沈着が抑制され、ひいては、隔壁７４の部分的な目詰まり等が抑制される。
【００４５】
フィルタ用途として使用するための本実施形態のハニカム構造体７０は、コージェライトまたはチタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体とすることが好ましい。これは、コージェライトおよびチタン酸アルミニウムの耐熱衝撃性が高いため、長期間信頼性を高いものとすることができるからである。なお、本発明における主成分とは、ハニカム構造体を構成する成分のうち、５０質量％以上を占める成分をいう。
【００４６】
本発明の流通孔部材は、上述した熱交換器やフィルタ装置の他に、隔壁に仕切られた流通孔に流体を流し、この流体と隔壁との物理的な接触を利用して流体を処理する各種用途に用いることが可能であり、その用途に制限がない。
【００４７】
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法の一例について説明する。ここでは、上記第１の実施形態に示すハニカム構造体１の製造方法について説明する。図８および図９は、それぞれ、ハニカム構造体１の製造方法の一部について説明する図である。
【００４８】
先ず、焼結体におけるコージェライトの組成がＳｉＯ２が４０〜５６質量％、Ａｌ２Ｏ３が３０〜４６質量％、ＭｇＯが１２〜１６質量％となるように、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、シリカ、タルク、焼タルクなどのコージェライト化する原料を調合して原料混合体を得る。
【００４９】
これにグラファイト、澱粉、樹脂粉末等の造孔剤の所定量を添加した後、さらに可塑剤、増粘剤、滑り剤等のバインダに、水等の溶媒を加えて、万能攪拌機、回転ミル、Ｖ型攪拌機等を使って混合物とする。次に、この混合物を三本ロールや混練機等を用いて混練し、可塑化した混練体（以下、原料混合体とする）を得る。
【００５０】
次に、成形体の外径を決定する内径が例えば、１００〜１０００ｍｍである容器９０に、この原料混合体９２を収容し、セラミック原料混合体とバインダ、樹脂体とが一体化した成形体９６を得る。図８(ａ)は本工程について説明する概略上面図であり、図８（ｂ）は本工程について説明する概略断面図である。図８（ａ）（ｂ）を参照してより詳述すると、容器９０には予め、熱可塑性樹脂からなる複数の長尺状の樹脂体９４が、軸方向を平行として複数配置されている。なお、樹脂体９４の外周面には、予め所定位置に、長さ方向に沿って延びる凹部５３が設けられている。容器９０内に原料混合体９２を流し込むことで、図８(ａ)および（ｂ）に示すように、樹脂体９４の周囲を取り囲むように原料混合体９２が容器９０内に満たされる。樹脂体９４は例えばポリプロピレン樹脂など、熱を加えることで軟化する熱可塑性樹脂であることが好ましい。次に、全体を加熱して水等の溶媒を蒸発させて容器９０を取り外し、セラミック原料混合体とバインダ樹脂体とが一体化した成形体９６を得る。
【００５１】
次に、この成形体を、熱可塑性樹脂が軟化する温度（例えば１５０〜１８０℃）に加熱しながら、成形体の外周面の複数箇所に対して軸方向に垂直な方向の圧縮力を部分的に加えることによって、成形体の軸方向に垂直な方向の断面積および樹脂体の軸方向に垂直な方向の断面積を部分的に縮小して、成形体９６に、断面積が漸減した後に漸増している断面積縮小部９５を形成する。この際、樹脂体９４も、断面積縮小部９５において断面積が漸減した後に漸増した形状とされる。図９は本工程について説明する概略断面図である。この断面積縮小部９５を形成する工程では、成形体９６を軸方向周りに回転させながら、例えばローラ部材９１等によって、軸方向に垂直な方向の圧縮力を加えることで、この複数箇所の断面積を局所的に縮小すればよい。この圧縮力を加える際、軸方向に沿った両端からは、軸方向に沿って外側に引っ張るような力を印加してもよい。
【００５２】
この断面積を縮小する工程の後、成形体９６を所定長さに切断加工し、電気炉、ガス炉等の焼成炉を用い、成形体を温度１３５０℃〜１４５０℃で焼成するとともに、樹脂体９４を焼失させる。これにより、図１（ａ）（ｂ）に示すような、樹脂体９４の断面積縮小部９５に対応する縮小部６を備えた流通孔２を有する、ハニカム構造体１を得ることができる。なお、流通孔２の内周面である隔壁４の表面には、樹脂体９４の凹部５３に対応する形状の突条部７が形成されている。
【００５３】
本実施形態では、樹脂体として、熱可塑性を有する樹脂体９４を用いたが、樹脂体９４は熱可塑性を有することに限定されない。樹脂体は押圧によって局所的に縮小する機能を有していればよく、例えば室温で押圧した場合も圧力に対して充分に軟らかい樹脂体を用いた場合など、必ずしも押圧時に加熱しなくても構わない。樹脂体は例えばアクリル樹脂等やポリプロピレン樹脂など特に限定されず、セラミック原料の種類や、バインダ種類や
混合比、押圧条件等によって、適宜選択すればよい。
【００５４】
また、成形体９６の形成方法も、特に限定されない。図１０は、成形体９６の製造方法の他の実施形態について説明する図である。図１０に示し実施形態は、いわゆる化繊ノズルを用いた複合体の製造方法を利用した例である。図１０に示す例では、セラミック原料混合体が図中の上側から下側に向かって送り出される管路９８の内部に、樹脂体９４を所定断面形状で成形しながら、図中の上側から下側に向かって押し出すための金型９９とを用いて、セラミック原料混合体とバインダ、樹脂体とが一体化した成形体９６を得る例について示している。金型９９では、図中下側の端部が閉塞されているとともに、この閉塞部分に複数の貫通孔９９ａが設けられている。この実施例では、樹脂体９４として、常温でも高い粘弾性を示す樹脂体を用いる。管路９８内を、図中上側から下側に向かってセラミック原料体を流しながら、金型９９の貫通孔９９ａから樹脂体９４を図中上側から下側に向かって供給している。貫通孔９９ａより下側の部分では、貫通孔９９ａと同様の断面形状を有する樹脂体９４が、それぞれ図中上下方向（鉛直方向）を軸方向として複数本平行に配置され、それぞれ樹脂体９４の周囲を取り囲むようにセラミック原料混合体が配置された成型体９６を得ることができる。このように、本発明の流路部材の製造方法の各工程は、上記実施形態に限定されない。
【００５５】
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５６】
１Ａ、１Ｂ、７０  ハニカム構造体（流通孔部材）
２、７２  流通孔
４、７４  隔壁
５  バーナシェル
６  断面積縮小部
７  突状部
１０  ラジアントチューブバーナー装置
１１  ラジアントチューブ
１３Ａ、１３Ｂ  バーナー
１５  溝
１７  三方弁
１８  四方弁
１９  燃料供給器
２１  押込み送風機
２２  排気ブロワ
２５Ａ、２５Ｂ  燃料送付管
２７Ａ、２７Ｂ  連結管
３１  空気吸入孔
５０  熱交換パイプ
５２ａ  中央流通孔
５２ｂ  周辺流通孔
５６  断面積縮小部
７３  封止部材
８０  排気ガス処理装置
９０  容器
９１  ローラ部材
９２  原料混合体
９４  樹脂体
９６  成形体
【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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