(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各セルの断面形状が矩形又は正方形であり、全体としても矩形又は正方形の断面を有するハニカム構造体であって、
該矩形又は正方形の断面を構成する４辺のうち、少なくとも、全体として矩形又は正方形の断面を有する他のハニカム構造体の側面と接触する辺の辺縁部に位置するセルの水力直径が、他のセルの水力直径よりも小さいことを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
該矩形又は正方形の断面を構成する４辺のすべての辺の辺縁部に位置するセルの水力直径が、他のセルの水力直径よりも小さい請求項１に記載のハニカム構造体。
【請求項３】
該辺縁部に位置するセルの水力直径が、他のセルの水力直径の１／５以上、４／５以下である請求項１又は２に記載のハニカム構造体。
【請求項４】
外壁の厚さが隔壁の厚さの３倍以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項５】
隔壁表面の少なくとも一部に触媒を塗布した請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体複数を、該ハニカム構造体どうしがその側面において接触した状態で配置したことを特徴とするハニカム構造体複合体。
【請求項７】
蓄熱体、フィルター又は触媒担体である請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体又は請求項６に記載のハニカム構造体複合体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱体、フィルター、触媒担体等として用いられるハニカム構造体及びその複合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハニカム構造体は、図２に示すように、多数のセル２を細孔を備えた隔壁３にて仕切った構造をいう。従って、一端側の複数のセル孔から入ったガスが、ハニカム構造体を通過する際のガスとの接触面積が大きく、ハニカム構造体とガスとの間の熱交換が効率よく行われることとなる。
【０００３】
そのため、自動車排ガスや工場排煙からダストを除くための除塵用フィルター、工場排煙から揮発性有機物質や未燃焼ガスを除くための蓄熱式燃焼装置の蓄熱体、さらには隔壁表面に触媒を担持させることにより自動車排ガス浄化触媒等として、自動車産業、各種製造業等において広範に使用されている。ハニカム構造体には、その用途により、熱による膨張が少ないこと、熱交換特性に優れること等が要求されるため、セラミックス製のものが好適に用いられる。
【０００４】
一方、ハニカム構造体は、自動車排ガス等のように少量のガスを処理する場合は単独で用いられることもあるが、工場排煙等のように大量のガスを処理する場合は、複数のハニカム構造体を、その側面又は端面において接触させた状態で２次元的、３次元的に配置した複合体として使用されることが多い。このような場合において、特に側面において接触させた状態で配置する際には、配置のしやすさという観点より、各セルの断面形状が矩形又は正方形であり、全体としても矩形又は正方形の断面を有するハニカム構造体を用いるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハニカム構造体には、その成形過程に起因する形状上の歪みが存在する場合があるため、図３（ａ）に示すように、複数のハニカム構造体１を側面において接触させた状態で配置した場合に、各ハニカム構造体１の形状どうしが完全にはフィットしない場合も多い。このような状況では、図３（ｂ）に示すように、ハニカム構造体１どうしがその側面の一部でのみ接触することとなり、その部分に偏荷重が生じてハニカム構造体１が割れることがあるという問題があった。
【０００６】
このような状況を回避するために、ハニカム構造体の外壁の厚さを大きくして機械強度を大きくする手段も考えられるが、外壁の厚さを大きくすると、隔壁部分と外壁との間の熱衝撃による歪みが大きくなるため、ハニカム構造体の耐熱衝撃性が低下するという問題があった。又、ガスは外壁部分を通過できないため、圧力損失が上昇するという問題もあった。
【０００７】
又、ハニカム構造体を単体で用いる場合においても、ハニカム構造体が収納容器からの物理的衝撃により破損しないよう、ハニカム構造体と収納容器との間に緩衝材を挿入していたが、緩衝材を用いるとコスト高になるとともに、緩衝材部分はガスが通過できないため、圧力損失が上昇するという問題があった。
【０００８】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数のハニカム構造体を側面において接触させた状態で配置しても割れることがないとともに、十分な耐熱衝撃性を有し、かつ圧力損失を上昇させることのないハニカム構造体及びその複合体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、各セルの断面形状が矩形又は正方形であり、全体としても矩形又は正方形の断面を有するハニカム構造体であって、上記矩形又は正方形の断面を構成する４辺のうち、少なくとも、全体として矩形又は正方形の断面を有する他のハニカム構造体の側面と接触する辺の辺縁部に位置するセルの水力直径が、他のセルの水力直径よりも小さいハニカム構造体が提供される。
【００１０】
上記のハニカム構造体においては、矩形又は正方形の断面を構成する４辺のすべての辺の辺縁部に位置するセルの水力直径が、他のセルの水力直径よりも小さくてもよい。
【００１１】
上記のハニカム構造体において、上記辺縁部に位置するセルの水力直径は、他のセルの水力直径の１／５以上、４／５以下であることが好ましい。又、外壁の厚さが隔壁の厚さの３倍以下であることが好ましい。又、上記のハニカム構造体は、隔壁表面の少なくとも一部に触媒を塗布したものであってもよい。
【００１２】
又、本発明によれば、上記のハニカム構造体複数を、ハニカム構造体どうしがその側面において接触した状態で配置したハニカム構造体複合体が提供される。上記のハニカム構造体又はハニカム構造体複合体は蓄熱体、フィルター又は触媒担体であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のハニカム構造体は、図１（ａ）に示すように、各セル２の断面形状が矩形又は正方形であり、全体としても矩形又は正方形の断面を有し、上記矩形又は正方形の断面を構成する４辺のうち、少なくとも１辺の辺縁部に位置するセル２ａの水力直径を、他のセル２ｂの水力直径よりも小さくしている。
【００１４】
セルの機械強度は水力直径が小さい程大きくなるため、そのハニカム構造体の側面に他のハニカム構造体の側面を接触させた状態で配置する場合に、水力直径の小さいセルを設けた側面を上記他のハニカム構造体の側面と接触させれば、ハニカム構造体の形状の歪みにより側面の一部に偏荷重が生じた場合でも、ハニカム構造体が割れるのを防止することができる。又、ガスは上記辺縁部に位置するセルを通過することができるため、圧力損失を上昇させることもなく、又、耐熱衝撃性を低下させることもない。
【００１５】
従って、図１（ｂ）に示すように、ハニカム構造体１の矩形又は正方形の断面を構成する４辺のすべての辺の辺縁部に位置するセル２ａの水力直径を、他のセル２ｂの水力直径よりも小さくすれば、図４に示すように、ハニカム構造体１複数を、それらの側面において接触した状態で配置してハニカム構造体複合体５を形成させる場合においても、圧力損失の上昇や耐熱衝撃性の低下を引き起こすことなく、偏荷重によるハニカム構造体の割れを防止することができる。
【００１６】
又、ハニカム構造体を単体として容器に収納して用いる場合においても、緩衝材を用いる必要がないため、圧力損失の上昇やコストの増大をもたらすことなく、収納容器からの物理的衝撃によるハニカム構造体の破損を防止することができる。
【００１７】
本発明のハニカム構造体において、上記辺縁部に位置するセルの水力直径は、他のセルの水力直径の１／５以上、４／５以下であることが好ましい。上記辺縁部に位置するセルの水力直径が、他のセルの水力直径の１／５未満の場合は、外周壁を厚くした場合と同様に圧力損失が上昇し、４／５を超える場合はハニカム構造体の機械強度を十分に強くすることができないからである。
【００１８】
又、本発明のハニカム構造体において、外壁の厚さは隔壁の厚さの３倍以下であることが好ましい。外壁の厚さが隔壁の厚さの３倍を超える値の場合は、隔壁部分と外壁との間の熱衝撃による歪みが大きくなるため、ハニカム構造体の耐熱衝撃性が低下し、又、圧力損失が上昇するからである。尚、外壁の厚さは隔壁の厚さの２倍以下であることがより好ましい。
【００１９】
本発明のハニカム構造体の材質に特に制限はなく、金属等を用いることもできるが、熱膨張が小さいこと、熱交換特性に優れることから、セラミックスを用いることが好ましい。又、本発明のハニカム構造体の隔壁の厚さ、セルの水力直径、セル数等の値に制限はなく、その用途等に応じて適宜な値を採用することができる。又、本発明のハニカム構造体は矩形又は正方形の断面形状を有するが、本明細書において、「矩形」及び「正方形」の語は、幾何学的な意味においての「矩形」及び「正方形」のみならず、角部を丸める処理を施したものも含まれる。
【００２０】
本発明のハニカム構造体複数を組み合わせることにより、ハニカム構造体複合体とすることができるが、その場合、ハニカム構造体どうしをその側面において接触した状態で、図４（ａ）に示すように１次元的に配置してもよく、図４（ｂ）に示すように２次元的に配置してもよい。又、ハニカム構造体どうしをその端面においても接触した状態で、図４（ｃ）に示すように３次元的に配置してもよい。
【００２１】
本発明のハニカム構造体又はハニカム構造体複合体は、自動車排ガスや工場排煙からダストを除くための除塵用フィルター、工場排煙から揮発性有機物質や未燃焼ガスを除くための蓄熱式燃焼装置の蓄熱体、自動車排ガス浄化触媒、蓄熱触媒脱臭装置等用の触媒担体等として好適に用いることができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００２３】
（実施例１）
矩形又は正方形の断面を構成する４辺のすべての辺の辺縁部に位置するセル２ａの水力直径を、他のセル２ｂの水力直径よりも小さく設定した図１（ｂ）に示すハニカム構造体１を製造し、その機械強度、耐熱衝撃性及び圧力損失を調べた。
【００２４】
ハニカム構造体１はセラミックから構成し、端面は１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形とし、長さは５０ｍｍとした。セル２の断面形状は正方形とし、隔壁３の厚さは０．４ｍｍ、外壁４の厚さは１．０ｍｍとした。又、上記辺縁部に位置するセル２ａの水力直径は１．０ｍｍとし、他のセル２ｂの水力直径は２．１ｍｍとした。上記のハニカム構造体１について、下記の方法にて機械強度、耐熱衝撃性及び圧力損失を測定した。
【００２５】
（機械強度の測定方法）  ハニカム構造体２個を、側面どうしが当接する状態で配置し、一方のハニカム構造体の側面のうち、他方のハニカム構造体と接触していない側面より荷重を加え、割れが発生した荷重を、両ハニカム構造体が当接する見掛け側面積で割った値を機械強度とした。
【００２６】
（耐熱衝撃性の測定方法）  ハニカム構造体を一定温度に加熱した電気炉中に入れ、１時間加熱後、室温に取り出し、目視と打音によりクラックの判定を行い、クラックが無い場合はさらに２５℃高い温度に設定した電気炉に入れ、同じ測定をクラックが発生するまで実施した。５個のハニカム構造体について同様の測定を実施し、クラックが発生した温度の平均値を耐熱衝撃温度とした。
【００２７】
（圧力損失の測定方法）  ハニカム構造体の両端面全面が通気する状態とした上で、一方の端面（入口側端面）から４Ｎｍ3／分の流量でガスを送り込み、入口側端面と他方の端面（出口側端面）における差圧を圧力損失とした。尚、上記の流量は、蓄熱燃焼装置におけるハニカム構造体の実際の使用状態を模擬した値であり、流速１ｍ／秒、平均温度４００℃（室温のガスをハニカム構造体に導入し、燃焼室の温度を８００℃とした場合）の条件に相当する。
【００２８】
又、上記のハニカム構造体を図５に示すような蓄熱式燃焼装置１１に設置して脱臭を行い、割れの発生の有無を調べた。但し、ハニカム構造体の寸法は、端面を５００ｍｍ×５００ｍｍの正方形とし、長さを５００ｍｍとした。尚、工場排煙からのＶＯＣ（揮発性有機物質）や未燃焼ガスを除去することを一般に脱臭と称しており、ＶＯＣや未燃焼ガスを含有する脱臭前のガスを未脱臭ガスと呼ぶ。
図５において３塔式蓄熱燃焼装置１１は３塔の熱交換室１２を有し、各熱交換室１２は上部において共通の燃焼室１３に連通している。又、各熱交換室１２は、その下部に各々のガス導入パイプ１４及びガス排出パイプ１５を備える。各熱交換室１２内には蓄熱体１７として上記のハニカム構造体が配置され、燃焼室１３の天井部分にはバーナー１６が設置されている。
【００２９】
このような構成を有する３塔式蓄熱燃焼装置１１において、未脱臭ガスはガス導入パイプ１４を通じて３塔の熱交換室１２のいずれか１塔に導入され、蓄熱体１７を通って燃焼室１３に入る。この際に、未脱臭ガスと蓄熱体１７との熱交換が起こり、未脱臭ガスは燃焼温度近くまで加熱される。燃焼室１３に入った未脱臭ガス中のＶＯＣや未燃焼ガスはバーナー１６によって燃焼し、除去される。脱臭済ガスは他の２塔の熱交換室１２を通り、ガス排出パイプ１５を介して大気中に放出されるが、その際ＶＯＣや未燃焼ガスの燃焼によって生じた燃焼熱は、熱交換室１２内の蓄熱体１７に移行する。未脱臭ガスを導入する熱交換室１２及び脱臭済ガスを排出する熱交換室１２を、一定時間ごとに切り換えて、上記の工程を連続して行うことにより、未脱臭ガスの燃焼で生じた燃焼熱が次の未脱臭ガスの加熱に用いられることとなる。
【００３０】
このような３塔式蓄熱燃焼装置１１を用いて、２分毎に熱交換室１２の切り替えを行いながら、１０００時間の脱臭を行い、脱臭終了後のハニカム構造体の割れの有無を目視にて調べた。尚、熱交換室１２の切り替えはガス導入パイプ１４及びガス排出パイプ１５に設けた弁１０の開閉により行った。又、未脱臭ガスは１０Ｎｍ3／分の流量で導入した。
表１に結果を示す。
【００３１】
（比較例１）  辺縁部に水力直径の小さなセルを配置しなかった点を除いては実施例１と同様のハニカム構造体を製造し、その機械強度、耐熱衝撃性及び圧力損失を実施例１同様の方法にて調べた。又、ハニカム構造体を蓄熱燃焼装置に搭載して脱臭を行った場合の割れの発生を、実施例１と同様の方法にて調べた。結果を表１に示す。
【００３２】
（比較例２）
辺縁部に水力直径の小さなセルを配置せずに、厚さ２．０ｍｍの外壁を設けた点を除いては実施例１と同様のハニカム構造体を製造し、その機械強度、耐熱衝撃性及び圧力損失を実施例１同様の方法にて調べた。又、ハニカム構造体を蓄熱燃焼装置に搭載して脱臭を行った場合の割れの発生を、実施例１と同様の方法にて調べた。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0004234836.tif 000002
【００３４】
表１より、実施例１のハニカム構造体においては、圧力損失の上昇は観察されず、又、十分な機械強度及び耐熱衝撃性を有しており、加熱による割れは観察されなかった。一方、比較例１のハニカム構造体には、圧力損失の上昇は観察されなかったが、機械強度が不十分であり、加熱による割れが観察された。又、比較例２のハニカム構造体は、十分な機械強度を有しているが、圧力損失の上昇が見られ、さらに、耐熱衝撃性が不十分なため、加熱による割れが観察された。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のハニカム構造体は、側面の一部に偏荷重がかかっても容易に割れることがない。又、十分な耐熱衝撃性を有し、かつ圧力損失を上昇させることもない。そのため、特に、複数のハニカム構造体を側面において接触させた状態で配置して複合体として使用する場合において、ハニカム構造体の破損を効果的に防止でき、従って、自動車排ガスや工場排煙からダストを除くための除塵用フィルター、工場排煙から揮発性有機物質や未燃焼ガスを除くための蓄熱式燃焼装置の蓄熱体、自動車排ガス浄化触媒、蓄熱触媒脱臭装置等用の触媒担体等として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のハニカム構造体の（ａ）一例及び（ｂ）他の例を示す模式図である。
【図２】  ハニカム構造体の一例を示す斜視図である。
【図３】  （ａ）及び（ｂ）従来のハニカム構造体の複合体の一例を示す模式図である。
【図４】  本発明のハニカム構造体の複合体の（ａ）一例、（ｂ）他の例及び（ｃ）さらに他の例を示す模式図である。
【図５】  蓄熱燃焼装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１…ハニカム構造体、２…セル、３…隔壁、４…外壁、５…ハニカム構造体複合体、１０…弁、１１…３塔式蓄熱燃焼装置、１２…熱交換室、１３…燃焼室、１４…ガス導入パイプ、１５…ガス排出パイプ、１６…燃焼手段（バーナー）、１７…蓄熱体。
【図１】
0004234836.tif 000003
【図２】
0004234836.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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