(57)【要約】【課題】複数の細管流路からなる構造体の熱処理において、熱処理むらを抑制し、熱硬化性樹脂の酸化を防止する当該構造体の熱処理ユニット及び当該構造体の熱処理方法の提供。【解決手段】気体導入口、前室、前部整流部、複数の細管流路からなる構造体収容部、後室、及び後部整流部から構成される複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットであって、前記前室が、前記気体導入口を有する空間であり、前記前部整流部が前記気体導入口から前記前室中に導入された気体を、前記複数の細管流路からなる構造体収容部に連通させる開口を有し、前記複数の細管流路からなる構造体収容部が、複数の細管流路からなる構造体を収容するものであり、前記後室が、前記複数の細管流路からなる構造体を通過した気体を撹拌させるための空間であり、前記後部整流部が、前記後室中の気体を外部に連通させる開口を有する、複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体導入口、前室、前部整流部、複数の細管流路からなる構造体収容部、後室、及び後部整流部から構成される複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットであって、
前記前室が、底板と前記底板の周縁に立ち上がる第１の側壁と前部整流部によって画定される空間であり、前記気体導入口を有し、
前記前部整流部が前記気体導入口から前記前室中に導入された気体を、前記複数の細管流路からなる構造体収容部に連通させる開口を有し、
前記複数の細管流路からなる構造体収容部が、複数の細管流路からなる構造体を収容するものであり、
前記後室が、前記複数の細管流路からなる構造体収容部に前記複数の細管流路からなる構造体が収容された状態で、前記複数の細管流路からなる構造体上端面と前記複数の細管流路からなる構造体収容部の周縁に立ち上がる第２の側壁と前記後部整流部によって画定される空間であり、前記複数の細管流路からなる構造体を通過した気体を撹拌させるためのものであり、
前記後部整流部が、前記後室中の気体を外部に連通させる開口を有する、
複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット。
【請求項２】
前記前部整流部、及び前記後部整流部が、複数の貫通した穴を有した整流板である、請求項１に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット。
【請求項３】
更に、前記熱処理ユニットの外側から加熱する外部加熱部を有する、請求項１又は２に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット。
【請求項４】
前記気体導入口を前記前室の前記第１の側壁に有する、請求項１〜３の何れか１項に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット。
【請求項５】
前記気体導入口を前記前室の前記底板に有し、且つ前記気体導入口の上部に、前記前室内に前記気体導入口から気体が流入する向きに直交する方向に設置された風速分布制御部を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット。
【請求項６】
前記風速分布制御部が、複数の貫通した穴を有した整流板である、請求項５に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット。
【請求項７】
前記風速分布制御部が、複数の貫通した穴を有した整流板を２つ以上有するものである、請求項５又は６に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載した熱処理ユニットを用いた複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法であって、
前記複数の細管流路からなる構造体を前記複数の細管流路からなる構造体収容部に収容した状態で、前記気体導入口より加熱気体を導入し、前記複数の細管流路からなる構造体の細管内に加熱気体を通気させる内部加熱工程を有する、複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法。
【請求項９】
前記内部加熱工程において、加熱気体が前記前部整流部を通過する際における、前記前部整流部の外周部の風速と前記前部整流部の中央部の風速の速度比（外周部風速／中央部風速）が１．０以上２．０以下となるように風速分布を持たせる、請求項８に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法。
【請求項１０】
前記複数の細管流路からなる構造体が、その細管流路の内壁面に熱硬化性樹脂の層を有する構造体である、請求項８又は９に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法。
【請求項１１】
前記加熱気体が、ヘリウム、窒素、及びアルゴンから選ばれる１種以上の不活性気体である、請求項８〜１０の何れか１項に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法。
【請求項１２】
更に、前記内部加熱工程と同時に前記熱処理ユニットの外側から加熱する外部加熱工程を有する、請求項８〜１１の何れか１項に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法。
【請求項１３】
前記外部加熱工程が、前記熱処理ユニットの外側壁面にヒータもしくは加熱ジャケットを設置して加熱する工程である、請求項１２に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法。
【請求項１４】
前記外部加熱工程が、前記熱処理ユニットを加熱チャンバー内に設置した状態で前記加熱チャンバー内雰囲気に加熱気体を充満させることで加熱する工程である、請求項１２に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法。
【請求項１５】
前記外部加熱工程が、前記熱処理ユニットの外側からマイクロ波を照射し加熱する工程である、請求項１２に記載した複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理ユニットに関し、さらに詳細には、複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット及び複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プロセスにおいて、機能性粒子を担持した複数の細管流路からなる構造体を利用したプロセスが広く採用されている。機能性粒子を複数の細管流路からなる構造の支持体表面に担持させるには、機能性粒子及び支持体表面への結着性に優れるバインダーが用いられる。バインダーとしては、熱硬化反応による架橋密度の向上により支持体表面の結着性に優れる熱硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂をバインダーとして用いる場合、機能性粒子とバインダーの混合物を複数の細管流路からなる構造の支持体表面に塗布した後に、機能性粒子を複数の細管流路からなる構造の支持体表面に担持させるために、複数の細管流路からなる構造体が有する多数の細管内に加熱気体を通気させて、熱硬化性樹脂を硬化させる熱処理をする必要がある。
【０００３】
特許文献１には、チタニア粒子を含むハニカム成形体を乾燥させる際に、チタニアを含む２次粒子を形成する工程が不要であり、乾燥クラックの発生を抑制しながら乾燥できるハニカム成形体の乾燥方法が開示されている。
特許文献２には、ハニカム成形体を製造する際の乾燥工程において、シワやソリなどの欠陥の発生を抑止し、またセルの変形などの発生を抑止する、ハニカム成形体を乾燥する乾燥装置が開示されている。
特許文献３には、乾燥時のグリーンハニカム成形体の変形や割れを抑制できるグリーンハニカム成形体の乾燥装置及び乾燥方法並びにセラミクスハニカム構造体の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８９６４７号公報
【特許文献２】特開２００６−３０８１３７号公報
【特許文献３】特開２０１２−８６５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の細管流路からなる構造体の細管内に加熱気体を通気させて熱処理する方法において、当該構造体の多数の細管内を均一に熱処理することが困難であり、当該構造体の熱処理むらが生じ問題となることが判明した。
また複数の細管流路からなる構造体の熱処理において、通常、熱硬化性樹脂の酸化を防止するため、当該構造体内に不活性気体を通気させて、細管内に含まれる酸素を除去した後から熱処理を行う。しかしながら、当該構造体内に不活性気体を通気させても、充分に酸素が除去できず、熱処理時に熱硬化性樹脂の酸化が発生し問題となることが判明した。
【０００６】
本発明は、複数の細管流路からなる構造体の熱処理において、熱処理むらを抑制し、熱硬化性樹脂の酸化を防止する当該構造体の熱処理ユニット及び当該構造体の熱処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、気体導入口、前室、前部整流部、複数の細管流路からなる構造体収容部、後室、及び後部整流部から構成される複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットであって、
前記前室が、底板と前記底板の周縁に立ち上がる第１の側壁と前部整流部によって画定される空間であり、前記気体導入口を有し、
前記前部整流部が前記気体導入口から前記前室中に導入された気体を、前記複数の細管流路からなる構造体収容部に連通させる開口を有し、
前記複数の細管流路からなる構造体収容部が、複数の細管流路からなる構造体を収容するものであり、
前記後室が、前記複数の細管流路からなる構造体収容部に前記複数の細管流路からなる構造体が収容された状態で、前記複数の細管流路からなる構造体上端面と前記複数の細管流路からなる構造体収容部の周縁に立ち上がる第２の側壁と前記後部整流部によって画定される空間であり、前記複数の細管流路からなる構造体を通過した気体を撹拌させるためのものであり、
前記後部整流部が、前記後室中の気体を外部に連通させる開口を有する、
複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットに関する。
【０００８】
また本発明は、前記熱処理ユニットを用いた複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法であって、
前記複数の細管流路からなる構造体を前記複数の細管流路からなる構造体収容部に収容した状態で、前記気体導入口より加熱気体を導入し、前記複数の細管流路からなる構造体の細管内に加熱気体を通気させる内部加熱工程を有する複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の細管流路からなる構造体の熱処理において、熱処理むらを抑制し、熱硬化性樹脂の酸化を防止する当該構造体の熱処理ユニット及び当該構造体の熱処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットの一実施形態を示した縦方向の断面図
【図２】前室に風速分布制御部を設置した場合の熱処理ユニットの一実施形態を示した縦方向の断面図
【図３】複数の細管流路からなる構造体の一実施形態の斜視図
【図４】各熱電対の設置位置を示す熱処理ユニットの加熱気体通気方向垂直断面図
【図５】各風速測定の設置位置を示す熱処理ユニットの加熱気体通気方向垂直断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者らは、複数の細管流路からなる構造体の熱処理において、熱処理むら及び当該構造体のバインダー酸化を生じる理由が、当該構造体に通気させる加熱気体の不均一な流れが原因であることを発見し、当該構造体に通気させる加熱気体の流れを均一化させるために、本発明の当該構造体の熱処理ユニット及びその熱処理方法を見出した。
本発明の作用機構は定かではないが、本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット及びその熱処理方法を用いることで、前室及び前部整流部において、加熱気体の流れを均一化させたものを当該構造体に連通させ、更に後室及び後部整流部において、当該構造体を通過した加熱気体を撹拌させることにより、当該構造体内の加熱気体の混合が促進され、それにより当該構造体を通過する加熱気体の流れが均一化したものと推定される。
【００１２】
＜熱処理ユニット＞
本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットは、気体導入口、前室、前部整流部、複数の細管流路からなる構造体収容部、後室、及び後部整流部から構成される複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットであって、
前記前室が、底板と前記底板の周縁に立ち上がる第１の側壁と前部整流部によって画定される空間であり、前記気体導入口を有し、
前記前部整流部が前記気体導入口から前記前室中に導入された気体を、前記複数の細管流路からなる構造体収容部に連通させる開口を有し、
前記複数の細管流路からなる構造体収容部が、複数の細管流路からなる構造体を収容するものであり、
前記後室が、前記複数の細管流路からなる構造体収容部に前記複数の細管流路からなる構造体が収容された状態で、前記複数の細管流路からなる構造体上端面と前記複数の細管流路からなる構造体収容部の周縁に立ち上がる第２の側壁と前記後部整流部によって画定される空間であり、前記複数の細管流路からなる構造体を通過した気体を撹拌させるためのものであり、
前記後部整流部が、前記後室中の気体を外部に連通させる開口を有する、
複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットである。
本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットは、気体導入口、前室、前部整流部、複数の細管流路からなる構造体収容部、後室、後部整流部の順に気体が通過できるように連通している。
図１は、本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニット１０の一実施形態を示した加熱気体通気方向の断面図である。図２は、本発明の熱処理ユニット１０において、前室１１に風速分布制御部４０を設置した場合の熱処理ユニットの一実施形態を示した縦（加熱気体通気）方向の断面図である。本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットは図１及び図２のものに限定されるものではない。
【００１３】
〔前室〕
前室１１は、底板１２と底板１２の周縁に立ち上がる第１の側壁１３と前部整流部１５によって画定される空間であり、気体導入口１４を有する。前室１１は、前部整流部１５と併せて、気体導入口１４から導入された加熱気体の流れを均一化させてから複数の細管流路からなる構造体に通気させる働きがあると推定される。
熱処理ユニット１０は、気体導入口１４を、底板１２又は第１の側壁１３のどちらかに有すればよいが、後述の風速分布制御部４０を有しない場合、底板１２から気体を導入した際に、導入口の直上への局所的な流れを防止する観点から、側壁１３に有するのが好ましい。
【００１４】
前室１１の加熱気体通気方向の長さは、気体導入口１４を設置する観点から、気体導入口１４よりも長く、また前室１１内で気体を拡散させる観点から、好ましくは７０ｍｍ以上、より好ましくは１００ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは３００ｍｍ以下、より好ましくは２００ｍｍ以下である。
【００１５】
前室１１は、熱処理むらを更に抑制する観点から、気体導入口１４を底板１２に有し、且つ気体導入口１４の上部に、気体導入口１４から気体が流入する向きに直交する方向に設置された風速分布制御部４０を有する構造にすることができる（図２）。気体導入口１４は、底板１２の中央付近（例えば、底板の中心点から半径１５０ｍｍの範囲）に設置することが好ましい。
【００１６】
風速分布制御部４０は、貫通した複数の流路（穴）を有するものであればよく、複数の貫通した穴を有する整流板であることが好ましい。
複数の貫通した穴を有する整流板は、具体的にはパンチングメタル等の多孔板、薄板によって鉛直方向の流路が三角、四角、六角形状等に仕切られたハニカム厚板（ハニカム構造の厚板）、２枚のメッシュ間に球状、円柱状等の規則充填物が充填されたもの等が挙げられ、加工が容易であり、均一な円形の流路を持つ多孔板が特に望ましい。
【００１７】
風速分布制御部４０の穴径は、加熱気体が風速分布制御部４０を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、加熱気体線速の均一化の観点から、好ましくは８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
穴は任意の形状でよく、円形、楕円形、多角形、スリット形状などがあるが、加工性の観点から、穴形状は円形が好ましい。また穴同士の間隔は、均一であることが好ましい。
【００１８】
風速分布制御部４０の開口率は、加熱気体が風速分布制御部４０を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは１％以上、より好ましくは２０％以上、そして、加熱気体線速の均一化の観点から、好ましくは７０％以下、より好ましくは５０％以下である。
【００１９】
風速分布制御部４０の厚さは、強度の観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００２０】
風速分布制御部４０の加熱気体通気方向の断面積は、前室１１の加熱気体通気方向の断面積に対して、加熱気体の分配の観点から、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは３０％以下、より好ましくは１５％以下である。
【００２１】
風速分布制御部４０の設置する高さは、加熱気体の外周部への分配の観点から、底板１２から好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上、そして、加熱気体が中央付近への局所的な流れを避ける観点から、好ましくは１２０ｍｍ以下、より好ましくは１００ｍｍ以下の位置に設置することが望ましい。また風速分布制御部４０は、気体導入口１４から流入する気体の風速を制御できるように気体導入口１４の上部に、設置される。
【００２２】
風速分布制御部４０として、整流板を用いる場合、整流板の穴径は、加熱気体が風速分布制御部４０を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、加熱気体線速の均一化の観点から、好ましくは８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
穴は任意の形状でよく、円形、楕円形、多角形、スリット形状などがあるが、加工性の観点から、穴形状は円形が好ましい。また穴同士の間隔は、均一であることが好ましい。
【００２３】
風速分布制御部４０として、整流板を用いる場合、整流板の開口率は、加熱気体が風速分布制御部４０を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは１％以上、より好ましくは２０％以上、そして、加熱気体線速の均一化の観点から、好ましくは７０％以下、より好ましくは５０％以下である。
【００２４】
風速分布制御部４０として、整流板を用いる場合、整流板の厚さは、強度の観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００２５】
風速分布制御部４０として、整流板を用いる場合、整流板の加熱気体通気方向の断面積は、前室１１の加熱気体通気方向の断面積に対して、加熱気体の分配の観点から、好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは３０％以下、より好ましくは１５％以下である。
【００２６】
風速分布制御部４０として、整流板を用いる場合、整流板の設置する高さは、加熱気体の外周部への分配の観点から、底板１２から好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ上、そして、加熱気体が中央付近への局所的な流れを避ける観点から、好ましくは１２０ｍｍ以下、より好ましくは１００ｍｍ以下の位置に設置することが望ましい。また整流板は、気体導入口１４から流入する気体の風速を制御できるように気体導入口１４の上部に、設置される。
【００２７】
風速分布制御部４０として、整流板を用いる場合、整流板の設置数は、加熱気体の分配の観点から、２つ以上設置することが好ましく、２つ設置することがより好ましい。また整流板を複数用いる場合、複数の整流板は、気体導入口１４から流入する気体の風速を制御できるように気体導入口１４の上部に、設置される。
【００２８】
風速分布制御部４０として、整流板を複数設置する場合、底板１２に最も近い整流板の開口率と、前部整流部１５に最も近い整流板の開口率との開口率比（底板側整流板の開口率／前部整流部側整流板の開口率）は、中央部への加熱気体の分配の観点から、好ましくは０．５上、より好ましくは１．０以上、そして、外周部への加熱気体の分配の観点から、好ましくは１０．０以下、より好ましくは８．０以下である。整流板を３つ以上設ける場合、中間に配置される整流板の開口率は、前部整流部１５に最も近い整流板の開口率と底板１２に最も近い整流板の開口率の範囲の中から選択されることが好ましい。
【００２９】
風速分布制御部４０として、整流板を複数設置する場合、前部整流部１５に最も近い整流板の加熱気体通気方向の断面積と、底板１２に最も近い整流板の加熱気体通気方向の断面積との面積比（前部整流部側整流板の断面積／底板側整流板の断面積）は、加熱気体の分配の観点から、好ましくは０．５以上、より好ましくは１．０以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは１６．０以下、より好ましくは９．０以下である。整流板を３つ以上設ける場合、中間に配置される整流板の断面積は前部整流部１５に最も近い整流板の加熱気体通気方向の断面積と底板１２に最も近い整流板の加熱気体通気方向の断面積の範囲の中から選択されることが好ましい。
【００３０】
風速分布制御部４０として、整流板を複数設置する場合、底板１２から前部整流部１５に最も近い整流板までの高さと、底板１２から底板１２に最も近い整流板までの高さとの高さ比（前部整流部側整流板の高さ／底板側整流板の高さ）は、風速分布制御部４０を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは１．２以上、より好ましくは１．５以上、そして、加熱気体の分配の観点から、好ましくは５．０以下、より好ましくは３．０以下である。整流板を３つ以上設ける場合、中間に配置される整流板の高さは前部整流部１５に最も近い整流板の底板１２からの高さと、底板１２に最も近い整流板の底板１２からの高さの範囲の中から選択されることが好ましい。
【００３１】
〔前部整流部〕
前部整流部１５は、気体導入口１４から前室１１中に導入された気体を、複数の細管流路からなる構造体収容部に連通させる開口を有するものである。前部整流部１５は、前室１１と併せて、気体導入口１４から導入された加熱気体の流れを均一化させてから複数の細管流路からなる構造体に通気させる働きがあると推定される。
前部整流部１５は、貫通した複数の流路（穴）を有するものであればよく、複数の貫通した穴を有した整流板であることが好ましい。
複数の貫通した穴を有した整流板は、具体的にはパンチングメタル等の多孔板、薄板によって鉛直方向の流路が三角、四角、六角形状等に仕切られたハニカム厚板（ハニカム構造の厚板）、２枚のメッシュ間に球状、円柱状等の規則充填物が充填されたもの等が挙げられ、加工が容易であり、均一な円形の流路を持つ多孔板が特に好ましい。
【００３２】
前部整流部１５の穴径は、加熱気体が前部整流部１５を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、加熱気体線速の均一化の観点から、好ましくは８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
穴は任意の形状でよく、円形、楕円形、多角形、スリット形状などがあるが、加工性の観点から、穴形状は円形が好ましい。また穴同士の間隔は、均一であることが好ましい。
【００３３】
前部整流部１５の開口率は、加熱気体が前部整流部１５を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは１％以上、より好ましくは２０％以上、そして、加熱気体線速の均一化の観点から、好ましくは７０％以下、より好ましくは５０％以下である。
【００３４】
前部整流部１５の厚さは、強度の観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００３５】
前部整流部１５として、整流板を用いる場合、整流板の穴径は、加熱気体が前部整流部１５を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、加熱気体線速の均一化の観点から、好ましくは８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
穴は任意の形状でよく、円形、楕円形、多角形、スリット形状などがあるが、加工性の観点から、穴形状は円形が好ましい。また穴同士の間隔は、均一であることが好ましい。
【００３６】
前部整流部１５として、整流板を用いる場合、整流板の開口率は、加熱気体が前部整流部１５を通過する際の圧力損失を抑える観点から、好ましくは１％以上、より好ましくは２０％以上、そして、加熱気体線速の均一化の観点から、好ましくは７０％以下、より好ましくは５０％以下である。
【００３７】
前部整流部１５として、整流板を用いる場合、整流板の厚さは、強度の観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００３８】
〔複数の細管流路からなる構造体収容部〕
複数の細管流路からなる構造体収容部２０は、多数の平行な細管流路からなる構造体２１を収容するものであり、筒状のケース又は両端が開口したケースである。複数の細管流路からなる構造体収容部２０は、隙間への局所流れの防止の観点から、複数の細管流路からなる構造体２１を、当該構造体２１と当該構造体収容部２０の間に隙間なく収容するものであることが好ましい。また当該構造体収容部２０は、当該構造体２１を、当該構造体２１の側面と当該構造体収容部２０の内壁２２が当接するように収容するものであることが好ましい。
また当該構造体収容部２０の底部には、気体の通過ができる部材（例えば、網、格子、多孔板）を設置して当該構造体２１を固定してもよい。また前記気体の通過ができる部材を当該構造体収容部２０の上部にも設置することで、当該構造体２１を当該構造体収容部２０内に確実に固定することができる。
【００３９】
当該構造体２１としては、細管流路の幅方向の断面形状はどのような形であってもよく、円形、楕円形、多角形（三角形、四角形、六角形等）、略多角形等が用いられる。ここで「略多角形」とは、多角形において、１つ以上の角部が丸みを帯びていたり、１つ以上の辺が曲線を含んでいたりする形状であるものを意味する。
また、当該構造体２１としては、同一の断面形状を有する細管流路を隙間なく並べたハニカム構造のものを用いることができる。
【００４０】
当該構造体２１としては、平板状のフィルムと波板状のフィルムが厚さ方向に交互に積み重ねられたもので、細管流路の幅方向の断面形状が略三角形のものを用いることができる。「略三角形」は、三角形において、１つ以上の角部が丸みを帯びていたり、１つ以上の辺が曲線を含んでいたりする形状であるものを意味する。
このような平板状フィルムと波板状フィルムの複数の細管流路からなる構造体の外観形状及び構造としては、図３に示すものを用いることができる。
図３で示す複数の細管流路からなる構造体５０は、平板状フィルム５１と波板状フィルム５２が交互に積層されてなるものであり、多数の平行な略三角形（１つの角部が丸みを帯び、２辺が曲線を含んでいる）の細管流路５３が形成されている。
【００４１】
複数の細管流路からなる構造体２１は、その細管流路の内壁面に機能性粒子及びバインダーとして熱硬化性樹脂が塗布されたものを用いることができる。すなわち当該構造体２１は、その細管流路の内壁面に熱硬化性樹脂の層を有している。なお、この場合、本明細書において、熱硬化性樹脂が塗布される前の当該構造物を「複数の細管流路からなる構造の支持体」と言い、これに熱硬化性樹脂が塗布されたものを「複数の細管流路からなる構造体」と呼んで区別する。
【００４２】
熱硬化性樹脂は、機能性粒子を複数の細管流路からなる構造の支持体表面に担持させるためにバインダーとして用いられる。熱硬化性樹脂は、熱硬化反応による架橋密度の向上により支持体表面の結着性に優れる。バインダーとして熱硬化性樹脂を用いる場合、機能性粒子と熱硬化性樹脂を含む混合物を複数の細管流路からなる構造の支持体表面に成膜した後に、本発明の熱処理ユニットならびに熱処理方法を用いて、熱硬化性樹脂を硬化させる熱処理をする必要がある。
熱硬化性樹脂は、公知のものが用いられ、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００４３】
複数の細管流路からなる構造体収容部２０の加熱気体通気方向の長さは、複数の細管流路からなる構造体２１を収容するために、当該構造体２１の加熱気体通気方向の長さよりも長く、さらに当該構造体２１と隣接する空間である後室３０を画定するために、当該構造体２１の加熱気体通気方向の長さよりも、好ましくは４０ｍｍ以上、より好ましくは８０ｍｍ以上、そして、好ましくは２００ｍｍ以下、より好ましくは１２０ｍｍ以下の長さ分延出している。
【００４４】
〔後室〕
後室３０は、複数の細管流路からなる構造体収容部２０に複数の細管流路からなる構造体２１が収容された状態で、当該構造体の加熱気体通気方向の上端面３１と当該構造体収容部２０の周縁から立ち上がる第２の側壁３２と後部整流部３３によって画定される空間であり、当該構造体を通過した気体を撹拌させるためのものである。
後室３０は、後部整流部３３と併せて、当該構造体２１の細管流路を通過した加熱気体を後室３０内で撹拌させることにより、当該構造体２１内の加熱気体の混合を促進させ、それにより当該構造体２１の細管流路内に含まれる気体の置換を促す働きがあると推定される。
【００４５】
後室３０の加熱気体通気方向の長さは、加熱気体の撹拌の観点から、好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは４０ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑える観点から、好ましくは１００ｍｍ以下、より好ましくは６０ｍｍ以下である。
【００４６】
〔後部整流部〕
後部整流部３３は、後室中の気体を外部に連通させる開口を有するものである。後部整流部３３は、後室３０と併せて、複数の細管流路からなる構造体２１の細管流路を通過した加熱気体を後室３０内で撹拌させることにより、当該構造体２１内の加熱気体の混合を促進させ、それにより当該構造体２１の細管流路内に含まれる気体の置換を促す働きがあると推定される。
後部整流部３３は、貫通した複数の流路（穴）を有するものであればよく、複数の貫通した穴を有した整流板であることが好ましい。
複数の貫通した穴を有した整流板は、具体的にはパンチングメタル等の多孔板、薄板によって鉛直方向の流路が三角、四角、六角形状等に仕切られたハニカム厚板（ハニカム構造の厚板）、２枚のメッシュ間に球状、円柱状等の規則充填物が充填されたもの等が挙げられ、加工が容易であり、均一な円形の流路を持つ多孔板が特に好ましい。
【００４７】
後部整流部３３の穴径は、後室内３０内の圧力を抑制する観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０から外部への加熱気体の排気を抑制し、後室内で撹拌させる観点から、好ましくは８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
穴は任意の形状でよく、円形、楕円形、多角形、スリット形状などがあるが、加工性の観点から、穴形状は円形が好ましい。また穴同士の間隔は、均一であることが好ましい。
【００４８】
後部整流部３３の開口率は、後室３０内の圧力を抑制する観点から、好ましくは１％以上、より好ましくは２０％以上、そして、熱処理ユニット１０外部への加熱気体の排気を抑制し後室３０内で撹拌させる観点から、好ましくは７０％以下、より好ましくは５０％以下である。
【００４９】
後部整流部３３の厚さは、強度の観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑制する観点から、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００５０】
後部整流部３３として、整流板を用いる場合、整流板の穴径は、後室３０内の圧力を抑制する観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０から外部への加熱気体の排気を抑制し、後室３０内で撹拌させる観点から、好ましくは８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
穴は任意の形状でよく、円形、楕円形、多角形、スリット形状などがあるが、加工性の観点から、穴形状は円形が好ましい。また穴同士の間隔は、均一であることが好ましい。
【００５１】
後部整流部３３として、整流板を用いる場合、整流板の開口率は、後室３０内の圧力を抑制する観点から、好ましくは１％以上、より好ましくは２０％以上、そして、熱処理ユニット１０外部への加熱気体の排気を抑制し後室３０内で撹拌させる観点から、好ましくは７０％以下、より好ましくは５０％以下である。
【００５２】
後部整流部３３として、整流板を用いる場合、整流板の厚さは、強度の観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上、そして、熱処理ユニット１０の熱容量を抑制する観点から、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００５３】
〔外部加熱部〕
本発明の熱処理ユニットは、加熱気体により複数の細管流路からなる構造体を効率よく熱処理する観点から、更に、熱処理ユニットを外部から加熱する外部加熱部を有することが好ましい。
外部加熱部は、熱処理ユニットの外部から熱処理ユニットを加熱するものであればよく、具体的には、（１）熱処理ユニットの外側壁面に設置されたヒータもしくは加熱ジャケット、（２）熱処理ユニットを収容し、チャンバー内雰囲気に加熱気体を充満させることが可能な加熱チャンバー、及び（３）熱処理ユニットの外側からマイクロ波を照射するマイクロ波発振器が挙げられる。
【００５４】
＜熱処理方法＞
本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法は、前記熱処理ユニットを用いた当該構造体の熱処理方法であって、
前記複数の細管流路からなる構造体を前記複数の細管流路からなる構造体収容部に収容した状態で、前記気体導入口より加熱気体を導入し、前記複数の細管流路からなる構造体の細管内に加熱気体を通気させる内部加熱工程を有する複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法である。
本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法は、複数の細管流路からなる構造体の熱処理ユニットで述べた事項を適宜適用することができる。
【００５５】
〔内部加熱工程〕
内部加熱工程は、複数の細管流路からなる構造体を複数の細管流路からなる構造体収容部に収容した状態で、気体導入口より加熱気体を導入し、複数の細管流路からなる構造体の細管内に加熱気体を通気させる工程である。
【００５６】
加熱気体は、複数の細管流路からなる構造体に担持された機能性粒子及び熱硬化性樹脂が酸化しないように不活性気体であればよく、ヘリウム、窒素、及びアルゴンから選ばれる１種以上の不活性気体が好ましい。
【００５７】
気体導入口での加熱気体の温度は、熱硬化性樹脂を硬化反応させる観点から、硬化温度以上、そして熱硬化性樹脂の分解の観点から分解温度以下である。
【００５８】
複数の細管流路からなる構造体内での加熱気体の線速は、好ましくは０．１ｍ／ｓ以上、そして、好ましくは１０ｍ／ｓ以下である。
【００５９】
熱処理ユニット１０の前室１１において、加熱気体が前部整流部１５を通過する際の前部整流部１５の外周部の風速と前部整流部１５の中央部の風速との速度比（外周部風速／中央部風速）が、熱処理むらを抑制する観点から、好ましくは１．０以上、より好ましくは１．１以上、そして、外周部の加熱超過を抑える観点から、好ましくは２．０以下、より好ましくは１．９以下となるように風速分布を持たせることができる。
ここで、前部整流部１５の外周部の風速とは、前部整流部１５の加熱気体通気方向の断面積において、周縁部から１０ｍｍ以内の範囲で測定される風速をいう。また前部整流部１５の中央部の風速とは、前部整流部１５の加熱気体通気方向の断面積において、中心点から半径５ｍｍ以内の範囲で測定される風速をいう。
また、前記範囲の風速分布にするためには、熱処理ユニット１０において、図２に示されるように、気体導入口１４を底板１２に有し、且つ気体導入口１４の上部に、気体導入口１４から気体が流入する向きに直交する方向に設置された風速分布制御部４０を有する構造にすることが好適である。
【００６０】
内部加熱工程の加熱気体を通気させる時間は、好ましくは２時間以上、より好ましくは３時間以上、そして、好ましくは５時間以下、より好ましくは４時間以下である。
【００６１】
〔外部加熱工程〕
本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法は、更に、内部加熱工程と同時に熱処理ユニットの外側から加熱する外部加熱工程を有する。
外部加熱工程は、熱処理ユニットの外部から熱処理ユニットを加熱する方法であればよく、具体的には、（１）熱処理ユニットの外側壁面にヒータもしくは加熱ジャケットを設置し、外部加熱する方法、（２）熱処理ユニットを加熱チャンバー内に設置した状態で加熱チャンバー内雰囲気に加熱気体を充満させることで外部加熱する方法、及び（３）熱処理ユニットの外側からマイクロ波を照射し、外部加熱する方法が挙げられる。
【００６２】
外部加熱工程は、熱処理ユニットの外側の表面温度が、熱処理時における、複数の細管流路からなる構造体の温度と同等にする観点から、好ましくは加熱気体と同等の温度である。
外部加熱工程の加熱時間は、好ましくは２時間以上、より好ましくは３時間以上、そして、好ましくは５時間以下、より好ましくは４時間以下である。
【００６３】
外部加熱工程が、（１）熱処理ユニットの外側壁面にヒータもしくは加熱ジャケットを設置し、外部加熱する方法である場合、ヒータもしくは加熱ジャケットの温度は、熱処理ユニットの外側の表面温度が、熱処理時における、複数の細管流路からなる構造体の温度と同等にする観点から、好ましくは加熱気体と同等の温度である。
【００６４】
外部加熱工程が、（２）熱処理ユニットを加熱チャンバー内に設置した状態で加熱チャンバー内雰囲気に加熱気体を充満させることで外部加熱する方法である場合、加熱気体の温度は熱処理ユニットの外側の表面温度が、熱処理時における、複数の細管流路からなる構造体の温度と同等にする観点から、好ましくは熱処理ユニットに通気させる加熱気体と同等の温度である。
加熱気体は、不活性気体であればよく、ヘリウム、窒素、及びアルゴンから選ばれる１種以上の不活性気体が好ましい。
加熱チャンバー内は、チャンバー内雰囲気が加熱気体で充満していれば良いが、熱処理ユニットを効率良く加熱する観点から、加熱チャンバー内に導入された加熱気体を、ファン等を用いて加熱チャンバー内に循環させ、また一部排気させることが好ましい。
【００６５】
外部加熱工程が、（３）熱処理ユニットの外側からマイクロ波を照射し、外部加熱する方法である場合、マイクロ波の波長は、複数の細管流路からなる構造体を加熱できるものであればとくに限定されない。
【００６６】
〔冷却工程〕
本発明の複数の細管流路からなる構造体の熱処理方法は、内部加熱工程及び外部加熱工程の後に、熱処理ユニットを冷却する冷却工程を有する。
冷却工程は、熱処理ユニットを常温（１５℃〜２５℃）で放冷してもよいが、熱処理ユニットの気体導入口から、常温（１５℃〜２５℃）の不活性気体を通気させる方法が好ましい。
【実施例】
【００６７】
（複数の細管流路からなる構造体の製造例）
溶媒としてメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、バインダーとしてフェノール樹脂（住友ベークライト製ＰＲ−９４８０）、ＳｉＯ２を基材とした機能性粒子の順に、２５０ｍＬの広口ポリエチレン製ビンに入れた。機能性粒子８０質量部（６５ｇ）に対し、フェノール樹脂の不揮発分が２０質量部となる配合比率とし、ＭＩＢＫの配合量は、配合物の固形分が６０質量％となる量とした。さらに分散メディアとして、直径１ｍｍのガラスビーズ（見かけ容積６５ｍＬ）を広口ポリエチレン製ビンに入れた。
【００６８】
広口ポリエチレン製ビンをペイントシェーカーにセットし、３０分間混合分散処理を行い、塗料組成物を得た。
【００６９】
複数の細管流路からなる構造の支持体は、図３に示す平板状のフィルムと波板状のフィルムが厚さ方向に交互に積み重ねられたもので、細管流路の幅方向の断面形状が略三角形（細管幅４．７ｍｍ）のものを用いた。平板状のフィルムと波板状のフィルムの両面には、前記塗料組成物を塗布した。複数の細管流路からなる構造体は、複数の細管流路からなる構造体収容部に、当該構造体と当該構造体収容部の間に隙間なく収容するように、円柱形状に切り出されたものであり、直径は１０３０ｍｍ、高さは１９０ｍｍである。
【００７０】
実施例１
熱処理ユニットは、図１に示すようなものを用いた。熱処理ユニット１０は直径１０４０ｍｍの円柱形状のものであり、前室１１、前部整流部１５、複数の細管流路からなる構造体収容部２０、後室３０、後部整流部３３の各仕様は表１に示すものである。
前部整流部１５、及び後部整流部３３は、直径１０４０ｍｍの円状の整流板を用いており、整流板は、表１に示す穴径、厚さ、開口率を有する多孔板である。
複数の細管流路からなる構造体収容部２０は、外径１０４０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円柱形状のケースである。前記製造した複数の細管流路からなる構造体２１が、当該構造体２１と当該構造体収容部２０の間に隙間なく収容されている。当該構造体２１の高さを表１に示す。
前室１１は、直径１０４０ｍｍの円状の底板１２、底板１２の周縁から立ち上がる外径１０４０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円柱形状の第１の側壁１３、及び前部整流部１５（整流板）により画定された空間であり、表１に示す高さを有し、第１の側壁１３に気体導入口１４を有する。
後室３０は、当該構造体２１の加熱気体通気方向の上端面、当該構造体収容部２０の周縁から立ち上がる外径１０４０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円柱形状の第２の側壁３２、及び後部整流部３３（整流板）により画定された空間であり、表１に示す高さを有する。
【００７１】
内部加熱処理は、窒素ガスを、表１に示す温度、線速で、気体導入口１４より熱処理ユニット１０内に通気させた。
外部加熱処理は、熱処理ユニット１０を加熱チャンバー内に設置した状態で加熱チャンバー内雰囲気に加熱気体を充満させることで外部加熱を行った。加熱気体は表１に示す温度の窒素ガスを用いた。また加熱チャンバーは、熱処理ユニットを効率良く加熱するために、ファンを用いて加熱気体を加熱チャンバー内に循環させ、一部排気させている。
内部加熱と外部加熱は、同時に行い、３．５時間加熱処理を行った。加熱処理終了後、熱処理ユニットの気体導入口から、常温（１５℃〜２５℃）の窒素ガスを通気させて熱処理ユニットの冷却を行った。
【００７２】
実施例２
実施例２の熱処理ユニットは、実施例１の熱処理ユニットから、図２に示す通り、気体導入口１４の設置位置を第１の側壁１３から底板１２の中央部に変更し、さらに前室１１に、気体導入口１４の上部に風速分布制御部４０を設置した以外は、実施例１の熱処理ユニットと同じである。風速分布制御部４０は、２つの整流板を設置した。１つ目の整流板は、厚み５ｍｍ、直径１５０ｍｍ、穴径３ｍｍ、開口率３２．４％の整流板であり、底板１２から加熱気体通気方向に５０ｍｍの高さに配置した。２つ目の整流板は、厚み５ｍｍ、直径３００ｍｍ、穴径３ｍｍ、開口率５．５％の整流板であり、底板１２から加熱気体通気方向に９０ｍｍの高さに配置した。
加熱処理は、内部加熱用気体を２８５℃とした以外は、実施例１と同様に加熱処理を行った。
【００７３】
比較例１
実施例１の熱処理ユニットから後室と後部整流部を除いた以外は、実施例１と同様に加熱を行った。
【００７４】
比較例２
実施例１の熱処理ユニットから前部整流部と後室と後部整流部を除いた以外は、実施例１と同様に加熱を行った。なお、比較例２の熱処理ユニットの前室は、底板１２、底板１２の周縁から立ち上がる第１の側壁１３、及び複数の細管流路からなる構造体２１の加熱気体通気方向の下端面により画定された空間である。
【００７５】
＜熱処理むら評価＞
熱処理時における、複数の細管流路からなる構造体２１の温度推移を確認することより、熱処理むらの評価を実施した。当該構造体２１の内部の温度推移を測定するため、図４に示す位置に、１１本の熱電対を熱処理ユニットの後部整流部側から当該構造体２１の加熱気体通気方向に挿入し、熱電対の先端が当該構造体２１の加熱気体通気方向の中心部になるよう設置した。上記実施例１に記載の熱処理を行い、熱処理により設置した熱電対の中でいずれか１つが２８５℃を示した際、他の１０本の熱電対が示す温度の中で最も低い温度と２８５℃との差を熱処理むらの指標とした。結果を表１に示す。
【００７６】
＜酸化有無の評価＞
熱処理ユニットの冷却後、複数の細管流路からなる構造体２１の酸化有無を目視にて以下の基準で判定した。結果を表１に示す。
有り：当該構造体２１の表面が酸化により黒くなっている箇所がある。
無し：当該構造体２１の全ての表面が酸化により黒くなっていない。
【００７７】
＜風速の測定＞
前部整流部１５の加熱気体通気方向の上端部に、図５に示す位置に風速計を配置し、加熱気体が前部整流部１５を通過する際の前部整流部１５の外周部の風速と前部整流部１５の中央部の風速を測定した。外周部の風速は、４か所で測定し、平均値を表１に示した。
【００７８】
【表１】
2018083750.tif 000003
【００７９】
表１の結果から分かるように、実施例１の熱処理ユニットは、比較例１及び２の熱処理ユニットと比較して熱処理むらが低く抑えられていることが分かる。また、実施例１の熱処理ユニットで処理した複数の細管流路からなる構造体２１は酸化することがなく、良好な熱処理ができていることが分かる。
【符号の説明】
【００８０】
１０      熱処理ユニット
１１      前室
１２      底板
１３      第１の側壁
１４      気体導入口
１５      前部整流部
２０      複数の細管流路からなる構造体収容部
２１      複数の細管流路からなる構造体
２２      複数の細管流路からなる構造体収容部の内壁
３０      後室
３１      複数の細管流路からなる構造体の加熱気体通気方向の上端面
３２      第２の側壁
３３      後部整流部
４０      風速分布制御部
５０      複数の細管流路からなる構造体
５１      平板状フィルム
５２      波板状フィルム
５３      細管流路
【図１】
2018083750.tif 000004
【図２】
2018083750.tif 000005
【図３】
2018083750.tif 000006
【図４】
2018083750.tif 000007
【図５】
2018083750.tif 000008