(57)【要約】【課題】流体の流量を大きくしても流体を壁面に確実に接触させることができ、物理的強度を高く保つことができ、しかも大きな圧力損失が発生しない流体処理部材を提供する。【解決手段】流体を通過させる流体通路３を有する流体処理部材１であって、流体処理部材１の流体通路３に、複数本の柱状体５が設けられており、柱状体５が、その軸方向が流体通路３内における流体の流動方向ａと交差するように配設されている。柱状体５表面と流体との接触時間を長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができる。また、流体の流量が大きくなると柱状体５の背面に形成される後流の効果が大きくなるから、流体の流量が大きくなっても流体と柱状体５の表面との接触時間を長くすることができ、部材の流体処理能力が低下することを防ぐことができる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を通過させる流体通路を有する部材であって、
該部材の流体通路に、複数本の柱状体が設けられており、
該柱状体が、その軸方向が前記流体通路内における流体の流動方向と交差するように配設されている
ことを特徴とする流体処理部材。
【請求項２】
前記複数本の柱状体の表面に、触媒活性物質が付着されている
ことを特徴とする請求項１記載の流体処理部材。
【請求項３】
前記部材の素材が、吸着材である
ことを特徴とする請求項１記載の流体処理部材。
【請求項４】
前記複数本の柱状体が、千鳥配置に配設されている
ことを特徴とする請求項１記載の流体処理部材。
【請求項５】
千鳥配置された前記複数本の柱状体において、上流側に配設された一対の柱状体同士の間に形成される隙間の幅が、下流側に配設された柱状体の幅よりも狭くなるように配設されている
ことを特徴とする請求項４記載の流体処理部材。
【請求項６】
前記柱状体の断面が、上流側に頂点を有する多角形状である
ことを特徴とする請求項１記載の流体処理部材。
【請求項７】
前記柱状体の断面が、上流側が円弧状に形成された半円形である
ことを特徴とする請求項１記載の流体処理部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体処理部材に関する。さらに詳しくは、表面に白金やパラジウム、マンガン等の触媒活性物質を付着させて支持させる触媒担体や、流体中に含まれる公害物質等を吸着して除去する吸着部材、その他の流体をその内部に通して流体を処理する部材に使用することができる流体処理部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排ガスや燃焼排ガス、有害ガス、臭気ガス等の気体や、下水道水等の液体などの流体の処理に使用される触媒は、通常複数の貫通孔を有する、いわゆるハニカム構造をした触媒担体（以下、単にハニカム担体という）の表面に、白金やパラジウム、マンガン等の触媒活性物質を付着させたもの（以下、ハニカム触媒という）が使用される。このようなハニカム触媒では、前述した貫通孔に排ガス等の流体を通過させれば、流体をハニカム触媒の表面と接触させることができるから、前記触媒活性物質によって流体中の有害物質を酸化還元して無害化することができる。
【０００３】
また、自動車の排ガスや燃焼排ガス等の気体に含まれる粉塵や炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物および下水道水等の液体に含まれる環境ホルモン等の有害物質の処理には、活性炭やゼオライト等を素材とするハニカム構造の吸着部材が使用される。このような吸着部材の貫通孔に排ガス等の流体を通過させれば、流体が吸着部材の表面と接触すると気体や液体に含まれる有害物質が吸着部材に吸着されるから、有害物質を流体から除去することができ、流体を浄化することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、ハニカム触媒は孔が貫通した構造であるから、孔のセンター部を通過する流体は壁面との接触機会が少なくなる。とくに、ＳＶ値、具体的にはハニカム触媒を通過させる流体の流量を大きくすると、流体の一部が壁面と接触することなくハニカム触媒を素通りしてしまう可能性が高くなる。流体が素通りしてしまうと、流体と触媒活性物質との間に触媒反応が起こらないし、有害物質がそのまま排出されることになる。つまり、従来のハニカム触媒は、ＳＶ値が大きい条件では性能が低下してしまうという問題があった。
同様に、ハニカム構造を有する吸着部材では、部材を通過させる流体の流量を大きくすると、流体の一部が壁面と接触することなく素通りしてしまう可能性が高くなり、流体が素通りしてしまうと、流体中の有害物質を吸着できないので、有害物質がそのまま排出されることになる。
【０００５】
また、ＳＶ値が大きい条件におけるハニカム触媒の性能を向上させるためには、ハニカムの目の微細化が必要であり、自動車の排ガス処理用の触媒では穴ピッチを０．８　ｍｍ以下、壁厚を０．０５以下としたものが要求されている。ところが、このような微細な目を有するハニカム担体は製造が困難であり、製造コストが高くなる。しかも、壁厚が薄くなってしまうため、ハニカム構造体自体の物理強度が弱くなるから、実用化が困難である。
【０００６】
一方、ハニカム構造体の代わりに、筒状の部材の内部に、触媒活性物質や吸着材を含むペレットを入れたもの（以下、ペレット含有部材という）も流体の処理に使用されている。このペレット含有部材の場合、ペレット同士の間にハニカムの目よりも微細な空間が形成されるため、流体の流量が大きくても流体が素通りすることを防ぐことができる。しかし、この微細な空間はペレット同士の間に網の目状に形成されるので、流体を流したときの抵抗が大きく、ハニカム触媒に比べて大きな圧力損失が発生する。したがって、ペレット含有部材に流す流体の流量を増加させるには、大型のポンプなど、流体を強制的に流すことができる大型の装置が必要になるから、実際上、このペレット含有部材はＳＶ値が大きい条件では使用することができないし、たとえできたとしてもエネルギー効率が非常に悪くなる。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑み、流体の流量を大きくしても流体を壁面に確実に接触させることができ、物理的強度を高く保つことができ、しかも大きな圧力損失が発生しない流体処理部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の流体処理部材は、流体を通過させる流体通路を有する部材であって、該部材の流体通路に、複数本の柱状体が設けられており、該柱状体が、その軸方向が前記流体通路内における流体の流動方向と交差するように配設されていることを特徴とする
請求項２の流体処理部材は、請求項１記載の発明において、前記複数本の柱状体の表面に、触媒活性物質が付着されていることを特徴とする。
請求項３の流体処理部材は、請求項１記載の発明において、前記部材の素材が、吸着材であることを特徴とする。
請求項４の流体処理部材は、請求項１記載の発明において、前記複数本の柱状体が、千鳥配置に配設されていることを特徴とする。
請求項５の流体処理部材は、請求項４記載の発明において、千鳥配置された前記複数本の柱状体において、上流側に配設された一対の柱状体同士の間に形成される隙間の幅が、下流側に配設された柱状体の幅よりも狭くなるように配設されていることを特徴とする。
請求項６の流体処理部材は、請求項１記載の発明において、前記柱状体の断面が、上流側に頂点を有する多角形状であることを特徴とする。
請求項７の流体処理部材は、請求項１記載の発明において、前記柱状体の断面が、上流側が円弧状に形成された半円形であることを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明によれば、柱状体と流体が接触すると、柱状体の背面、つまり流体の流動方向に対して下流側には渦を伴った後流が形成されるので、柱状体の背面近傍に流体が滞留する時間を長くすることができる。したがって、柱状体表面と流体との接触時間を長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができる。また、流体の流量が大きくなると柱状体の背面に形成される後流の効果が大きくなるから、流体の流量が大きくなっても流体と柱状体の表面との接触時間を長く保つことができ、部材の流体処理能力をが低下することを防ぐことができる。
請求項２の発明によれば、柱状体表面の触媒活性物質と流体との反応時間を長くすることができるから、触媒の性能を向上させることができる。また、流体の流量が大きくなると柱状体の背面に形成される後流の効果が大きくなるから、ＳＶ値が大きくなっても流体と柱状体の表面との接触時間を長く保つことができ、触媒の性能が低下することを防ぐことができる。
請求項３の発明によれば、柱状体表面と流体との接触時間を長くすることができるから、有害物質の除去能力を向上させることができる。また、流体の流量が大きくなると柱状体の背面に形成される後流の効果が大きくなるから、流体の流量が大きくなっても流体と柱状体の表面との接触時間を長く保つことができ、有害物質の除去能力が低下することを防ぐことができる。
請求項４の発明によれば、柱状体を千鳥配置に配設しているから、流体通路の流入口から排出口まで流れる間に、流体が柱状体と接触機会が多くなる。このため、柱状体表面と流体との接触時間を長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができる。
請求項５の発明によれば、流体の流動方向には必ず柱状体が存在するので、流体を柱状体に確実に接触させることができる。このため、ハニカム担体のように目を細かくしなくても、流体が流体通路の流入口から排出口まで通り抜けることを防ぐことができる。よって、柱状体を極端に細くする必要がないので、部材の流体処理能力を向上させつつ部材自体の強度を高く保つことができ、実用化も容易である。
請求項６の発明によれば、柱状体の背面に渦が形成されやすくなり、柱状体表面と流体との接触時間をより長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができる。
請求項７の発明によれば、柱状体の背面に渦が形成されやすくなり、柱状体表面と流体との接触時間をより長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の流体処理部材１の概略斜視図である。図２は（Ａ）は本実施形態の流体処理部材１の正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図３は柱状体５の背面に形成される後流の説明図である。
図１および図２において、符号１は本実施形態の流体処理部材を示している。また符号２ａ〜２ｄは、それぞれ流体処理部材１の壁面を示している。本実施形態の流体処理部材１は、４つの壁面２ａ〜２ｄで囲まれた空間に、処理すべき流体を流すための流体通路３が形成されている。この流体通路３内には、上下の壁面２ａ，２ｂ間に複数本の柱状体５が設けられている。この複数本の柱状体５は、その軸方向が互いに平行であって、流体通路３内を流れる流体の流動方向ａ（図２（Ｂ）では上下方向）に対して直交するように配設されている。
【００１１】
このため、流体通路３内に流体を流すと柱状体５と流体が接触する。すると、柱状体５の背面、つまり流体の流動方向ａに対して柱状体５下流側には渦を伴った後流が形成される（図３参照）。このため、柱状体５の背面近傍を流れる流体は、この渦に取り込まれてしばらく渦内で循環してから再び下流側に流されるので、渦内で循環している間に流体は柱状体５と何度か接触することになる。つまり、流体が柱状体５の近傍で滞留する時間を長くすることができるので、流体と柱状体５の表面との接触時間を長くすることができる。
【００１２】
したがって、柱状体５表面に白金やパラジウム、マンガン等の触媒活性物質を付着させておく、つまり流体処理部材１を触媒担体として使用すれば、触媒活性物質と流体との反応時間を長くすることができるから、触媒の性能を向上させることができる。
また、流体の流量が大きくなると柱状体５近傍を通過する流体の流速も大きくなる。すると、柱状体５の背面の後流の流れが大きく乱れ、後流の効果も大きくなる。したがって、ＳＶ値が大きくなっても流体と柱状体５の表面との接触時間を長く保つことができるから、触媒の性能が低下することを防ぐことができる。
【００１３】
また、流体処理部材１の材料として、活性炭やゼオライト等の吸着材を使用する、つまり流体処理部材１を吸着部材として使用すれば、流体処理部材１と流体との接触時間を長くすることができるから、流体処理部材１によって流体に含まれる環境ホルモンやダイオキシン等の有害物質を除去する能力を向上させることができる。
また、流体の流量が大きくなると柱状体５近傍を通過する流体の流速も大きくなり後流の効果も大きくなるので、流体と柱状体５の表面との接触時間を長く保つことができるから、有害物質を除去する能力が低下することを防ぐことができる。
【００１４】
なお、柱状体５の軸方向は、流動方向と交差していれば必ずしも直交していなくてもよい。
さらになお、４つの壁面２ａ〜２ｄのうち、側方の壁面２ｃ　，２ｄはなくてもよい。
【００１５】
図２（Ｂ）に示すように、複数本の柱状体５は、千鳥配置となるように配設されている。そして、流動方向ａと直交する同一の面内に位置しかつ隣接する柱状体５同士の間隔Ｗ１が、この柱状体５より下流側に位置する柱状体５の幅Ｗ２より狭くなるように配置されている。すると、図２（Ａ）に示すように、流体処理部材１を正面から見たときに、流体通路３の流入口から排出口まで見通せる部分がほとんどない。つまり、流体通路３内において、流体の流動方向ａには必ず柱状体５が存在している。
このため、ハニカム構造の部材のように目を細かくしなくても、流体を柱状体５に確実に接触させることができ、流体通路３を素通りする流体をなくすことができる。しかも、柱状体５同士の間の間隔も十分に確保できるから、ペレット含有部材のように圧力損失が大きくなることもない。そして、目を細かくしなくてもよいから、柱状体５を極端に細くしたりする必要がない。よって、触媒の性能や有害物質を除去する能力を向上させつつ流体処理部材１自体の強度を高く保つことができ、実用化も容易である。
また、複数本の柱状体５が千鳥配置となるように配設されているから、流体通路３の流入口から排出口まで流れる間に、流体が柱状体５と接触機会をさらに多くすることができる。このため、柱状体５表面と流体との接触時間をさらに長くすることができるから、触媒の性能や有害物質を除去する能力を向上させることができる。
【００１６】
また、前記柱状体５は、その断面が正方形状であって、その一の対角線が流体の流動方向ａと平行になるように形成されている。
このため、柱状体５の中心より上流側では、流速をそれほど低下させることなく流体を流すことができ、柱状体５の中心より下流側では、柱状体５の断面の減少するから、柱状体５の背面には渦が形成されやすくなる。そして、柱状体５の背面には渦が形成されやすくなるから、柱状体５表面と流体との接触時間をより長くすることができ、触媒の性能や有害物質を除去する能力を向上させることができる。
【００１７】
なお、柱状体５の断面形状は正方形でなくてもよいが、柱状体５の背面に、渦を伴う後流が形成されやすい形状が好適である。
例えば、図５に示すように、頂点が流体の流動方向ａに向き、底辺が流動方向ａと直交するような三角形状でもよいし（図５（ａ））、単なる円形でもよいし（図５（ｂ））、流動方向ａの上流側が円弧状をした半円形でもよく（図５（ｃ））、とくに限定はない。
【００１８】
さらになお、本発明の流体処理部材は、上記のごとき構造を有しているので、触媒活性物質や吸着材に代えて忌避剤や芳香剤を使用すれば、触媒担体や吸着部材だけでなく、鳥や虫を近づけない忌避部材や良い香りを拡散する芳香性部材等として使用することができる。
【００１９】
つぎに、本実施形態の流体処理部材１の製造方法を説明する。
図４は本実施形態の流体処理部材１の製造方法の説明図である。図４において、符号Ｈは坏土を示している。符号Ｃは押し出し成形機のシリンダを示しており、符号Ｐは押し出し成形機のピストンを示している。
【００２０】
まず、押し出し成形機のシリンダＣの排出口ｈに上ハニカム部材１０を取り付け、クランプする。そして、クランプされた上ハニカム部材１０の下面に、この上ハニカム部材１０と同一形状形状かつ同一ピッチの貫通孔を有する下ハニカム部材１１を、その貫通孔の中心軸が上ハニカム部材１０の貫通孔の中心軸と一致するように重ねる。このとき、初期ストッパーＳによって下ハニカム部材１１を上ハニカム部材１０に押し当てた状態で保持する（図４（ａ））。
【００２１】
ついで、ピストンＰによってシリンダＣから坏土Ｈを押し出せば、上ハニカム部材１０を通って坏土Ｈが押し出される。すると、下ハニカム部材１１は、その貫通孔の中心軸が上ハニカム部材１０の貫通孔の中心軸と一致するように重ねられているので、上ハニカム部材１０を通って押し出された坏土Ｈは、下ハニカム部材１１の貫通孔内に進入する（図４（Ｂ））。
そして、下ハニカム部材１１の貫通孔内に進入した坏土Ｈが初期ストッパーＳに当たると、初期ストッパーＳを外す。さらに坏土Ｈをい押し出すと、複数本の柱状の坏土１２が、上下のハニカム部材１０　，１１の間に形成される。（図４（Ｃ））。
【００２２】
上下のハニカム部材１０　，１１が所定の距離だけ離れる、つまり柱状の坏土１２の長さが所定の長さとなると、上ハニカム部材１０をシリンダＣから取り外す。そして、取り外した部材を乾燥して焼結すると、上下のハニカム部材１０　，１１が上下の壁面２ａ，２ｂとなり、また、柱状の坏土１２が柱状体５となるので、本実施形態の流体処理部材１が形成される。
【００２３】
そして、本実施形態の流体処理部材１は、柱状体５や壁面２ａ〜２ｄ等の表面に触媒活性物質を担持させれば触媒とすることができるし、材料の坏土１２中に吸着材を混合していれば吸着部材とすることができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、柱状体表面と流体との反応時間を長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができ、流体の流量が大きくなっても部材の流体処理能力をが低下することを防ぐことができる。
請求項２の発明によれば、柱状体表面の触媒活性物質と流体との反応時間を長くすることができるから、触媒の性能を向上させることができ、ＳＶ値が大きくなっても触媒の性能が低下することを防ぐことができる。
請求項３の発明によれば、柱状体表面の触媒活性物質と流体との反応時間を長くすることができるから、触媒の性能を向上させることができ、流体の流量が大きくなっても有害物質の除去能力が低下することを防ぐことができる。
請求項４の発明によれば、柱状体表面と流体との反応時間を長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができる。
請求項５の発明によれば柱状体を極端に細くする必要がないので、部材の流体処理能力を向上させつつ流体処理部材自体の強度を高く保つことができ、実用化も容易である。
請求項６の発明によれば、柱状体の背面に渦が形成されやすくなり、柱状体表面と流体との反応時間をより長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができる。
請求項７の発明によれば、柱状体の背面に渦が形成されやすくなり、柱状体表面と流体との反応時間をより長くすることができるから、部材の流体処理能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の流体処理部材１の概略斜視図である。
【図２】（Ａ）は本実施形態の流体処理部材１の正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】柱状体５の背面に形成される後流の説明図である。
【図４】本実施形態の流体処理部材１の製造方法の説明図である。
【図５】流体処理部材１の他の形状の柱状体５の説明図である。
【符号の説明】
１　　　　　流体処理部材
３　　　　　流体通路
５　　　　　柱状体
【図１】
2004041940.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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