(57)【要約】【課題】熱衝撃が加わっても損傷しにくいハニカム構造体を提供する。【解決手段】複数の多角形断面の流体通路を備えたハニカム構造体１であって、多角形断面の流体通路２を形成する壁面２ｗ同士が交差する位置に、円形断面の流体通路３が形成されている。ハニカム構造体１中の温度差に起因する熱応力が発生しても、その熱応力を円形断面の流体通路３を形成する壁面３ｗが断面円弧状であるので、ハニカム構造体１中に発生する熱応力をある程度抑えることができる。よって、熱衝撃によるハニカム構造体１中の損傷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】
複数の多角形断面の流体通路を備えたハニカム構造体であって、
前記多角形断面の流体通路を形成する壁面を含む面同士が交差する位置に、円形断面の流体通路が形成されている
ことを特徴とするハニカム構造体。
【請求項２】
前記円形断面の流体通路と前記多角形断面の流体通路とを隔離する壁面は、多孔質構造を有しており、
前記円形断面の流体通路は、その一端が閉塞されており、
前記多角形断面の流体通路は、その他端が閉塞されている
ことを特徴とする請求項１記載のハニカム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハニカム構造体に関する。さらに詳しくは、ディーゼル機関の排ガスや石炭火力発電の排ガス等の流体中に含まれる微粒子等を捕集して浄化するために使用されるハニカム構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体中に含まれる粒子状物質等を捕集するフィルタとして、ハニカム構造を有するハニカムフィルタが開発されている（例えば、特許文献１，２）。
図４に示すように、従来のハニカムフィルタ100は多孔質体によって形成されており、その軸方向に沿って伸びた複数の流体通路101,102を備えている。そして、複数の流体通路101,102のうち、流体通路102は軸方向における一端が閉塞されており、流体通路101は軸方向における他端が閉塞されている（図４（Ｂ））。
このため、ハニカムフィルタ100の軸方向のおける一端100aから流体を供給すれば、流体通路101にのみ流体が流入し、流入した液体は壁面103を通って流体通路102に流入し、流体通路102の他方の開口部、つまり、ハニカムフィルタ100の軸方向における他端100bから外部に排出される。すると、ハニカムフィルタ100を通過する間に流体は壁面103を通り、壁面103によって流体中の粒子が捕集されるから、ハニカムフィルタ100によって流体を浄化できるのである。
【０００３】
しかるに、上記のごときハニカムフィルタ100を、ディーゼル機関の排ガス等のような高温流体の浄化用フィルタとして使用した場合、使用開始時には、低温のフィルタに対して高温の流体が接触することになる。すると、熱衝撃によってフィルタが損傷する可能性がある。具体的には、高温の流体がフィルタに接触したときに、フィルタ中には高温部と低温部が形成され、高温部の熱膨張によって高温部と低温部との間に熱応力が発生してクラックが入るなどの損傷を生じる可能性がある。
【０００４】
かかる問題はハニカムフィルタ100が大型化するほど発生しやすくなるので、大型（例えば、直径１５０ｍｍ以上）のものでは、複数のセグメントを一体化して一つのフィルタ（集合フィルタ）を形成することも行われている。この場合、各セグメントの熱膨張割合が小さくなるし、セグメント間にシール剤等の弾性を有する部材が配置されていればシール剤等によって熱膨張を吸収できるから、熱衝撃を緩和でき、熱衝撃に起因する損傷を防ぐことができる。
【０００５】
しかし、集合フィルタを形成するには、複数のセグメント同士の相対的な位置を正確に合わせて連結する作業や、複数のセグメント同士を連結したのち所定の形状に加工する作業が必要になるため、製造工数が増大する。そして、フィルタが大型化すれば、一つの集合フィルタの形成に必要なセグメント数が増加するので、製造工数はさらに増加する。
【０００６】
一方、引用例２には、熱応力に起因するクラック等の発生を防止するために、隣り合う大容積貫通孔の長手方向に垂直な断面における重心間距離と、隣り合う小容積貫通孔の上記断面における重心間距離とを等しくする構成が開示されている。そして、引用例２には、上記のごとき構成を採用すれば、再生時に熱が均一に拡散する結果、温度分布が均一になりやすくなるから、長期間繰り返し使用しても、熱応力に起因するクラック等が発生しにくくなる旨の記載がある。
しかし、上記の構造を採用すれば、ハニカムフィルタの温度変化が緩やかな場合であれば上記のごとき効果を奏する可能性はあるものの、ハニカムフィルタとの温度差が大きい流体が急激に接触した場合には、ハニカムフィルタ中の温度分布を均一することはできない。すると、ハニカムフィルタ中には、温度差が大きい高温部と低温部とが形成されてしまうから、熱衝撃に起因する損傷を防ぐことは難しい。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−８９６号
【特許文献２】特開２００５−１１８７４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑み、熱衝撃が加わっても損傷しにくいハニカム構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明のハニカム構造体は、複数の多角形断面の流体通路を備えたハニカム構造体であって、前記多角形断面の流体通路を形成する壁面を含む面同士が交差する位置に、円形断面の流体通路が形成されていることを特徴とする。
第２発明のハニカム構造体は、第２発明において、前記円形断面の流体通路と前記多角形断面の流体通路とを隔離する壁面は、多孔質構造を有しており、前記円形断面の流体通路は、その一端が閉塞されており、前記多角形断面の流体通路は、その他端が閉塞されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、円形断面の流体通路を形成する壁面は断面円弧状になるので、構造体中の温度差に起因する熱応力が発生しても、ハニカム構造体中に発生する熱応力をある程度抑えることができる。よって、熱衝撃によるハニカム構造体の損傷を防ぐことができる。
第２発明によれば、円形断面の流体通路と多角形断面の流体通路との間の壁面が多孔質構造を有しているので、流体を構造体の一端側から供給すれば、流体は円形断面の流体通路から流入し、円形断面の流体通路と多角形断面の流体通路との間の壁面を通過して、多角形断面の流体通路を通って構造体の他端側から排出される。すると、壁面がフィルタとして機能するので、流体中の粉体等を流体から除去することができる。また、流体が流入する流体通路が円形断面であるから、流体通路が多角形断面である場合に比べて、流体が通過する壁面の表面積に対する断面積の割合を大きくできる。すると、流体が構造体に流入するときの圧力損失も抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明のハニカム構造体は、例えば、ディーゼル機関の排ガスや石炭火力発電の排ガス等の流体中に含まれる微粒子等を捕集して浄化するために使用されるものであるが、用途は特に限定されない。例えば、触媒を担持させるハニカム触媒担体としても使用できる。また、ハニカム触媒担体として使用する場合であれば、微粒子等を捕集するだけではなく、捕集した微粒子等をハニカム内で触媒燃焼させてしまうものとして使用することも可能である。
以下では、代表として、本発明のハニカム構造体を、ディーゼル機関から排出される排ガス中の粉塵を除去するフィルタとして使用する場合を説明する。
【００１２】
図１は（Ａ）は本実施形態のハニカム構造体１の概略斜視図であり、（Ｂ）はハニカム構造体１を（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断した図である。図２は（Ａ）は本実施形態のハニカム構造体１を図１と逆方向から見たときにおける概略斜視図であり、（Ｂ）はハニカム構造体１を（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断した図である。図３（Ａ）は本実施形態のハニカム構造体１の概略横断面図であり、（Ｂ）は他の実施形態のハニカム構造体１の概略横断面図である。
【００１３】
本実施形態のハニカム構造体１は、炭化珪素（ＳｉＣ）やコージライト等のセラッミクスを素材として形成されたものである。なお、ハニカム構造体１の素材は、上記のごときセラミックスに限られず、耐熱金属によって形成することも可能である。
図１〜図３に示すように、ハニカム構造体１は、複数の壁面１ｗ，２ｗ，３ｗを備えており、これらの壁面に囲まれた流体通路２，３を備えている。
前記複数の壁面１ｗ，２ｗ，３ｗのうち、壁面３ｗは多孔質構造を有するように形成されている。例えば、壁面３ｗは、気孔率が４０〜９０％程度、気孔の大きさがφ２μｍ〜φ５０μｍ程度となるように形成されている。
【００１４】
図１〜図３に示すように、ハニカム構造体１の壁面２ｗは、格子状に形成されており、この壁面２ｗに囲まれた空間が流体通路２となっている。この流体通路２は、断面形状が略四角形状であり、ハニカム構造体１の一端と他端との間を連通している。
そして、この断面略四角形状の流体通路２（以下、角形通路２という）は、その一端（図１では左端、図２では右端）が、流体を透過しない、耐熱性を有するＳｉＣ等からなる閉塞部材２ｂによって閉塞されている。
【００１５】
なお、閉塞部材２ｂの素材はとくに限定されないが、ハニカム構造体１に対して排ガスなどの高温の流体を供給する場合には、壁面１ｗ，２ｗ，３ｗと同じ素材によって形成することが好ましい。なぜなら、高温の流体を供給したときにおける閉塞部材２ｂの熱膨張する割合を閉塞部材２ｂと接する壁面１ｗ，２ｗ，３ｗと同程度にすることができ、閉塞部材２ｂと壁面１ｗ，２ｗ，３ｗとの間に発生する熱応力を抑えることができるからである。
【００１６】
一方、前記壁面２ｗを含む面同士が交差する部分には、前記角形通路２と平行に、ハニカム構造体１の一端と他端との間を連通する流体通路３が設けられている。
この流体通路３は、断面視円弧状である壁面３ｗに囲まれた空間であり、断面略円形に形成されている。例えば、流体通路３は、壁面２ｗを含む面同士が交差する線を中心軸とする円筒となるように形成されているのである。
そして、この断面略円形の流体通路３（以下、円形通路３という）は、その他端（図１では右端、図２では左端、）が、流体を透過しないＳｉＣ等からなる閉塞部材３ｂによって閉塞されている。
【００１７】
なお、閉塞部材３ｂの素材もとくに限定されないが、ハニカム構造体１に対して排ガスなどの高温の流体を供給する場合には、閉塞部材２ｂと同様の理由により、壁面１ｗ，２ｗ，３ｗと同じ素材によって形成することが好ましい。
【００１８】
以上のごとき構造を有しているので、本実施形態のハニカム構造体１では、以下のようにして流体が浄化される。
【００１９】
まず、本実施形態のハニカム構造体１に対して、ディーゼル機関の排ガスをハニカム構造体１の一端側（図１の左端側）から供給する。すると、角形通路２の一端が閉塞部材２ｂによって閉塞されているので、排ガスは円形通路３からのみハニカム構造体１内に流入する。
一方、円形通路３はその他端が閉塞されているので、円形通路３に流入した排ガスは、円形通路３の他端からは外部に排出されない。しかし、円形通路３を囲む壁面３ｗは多孔質構造を有しており、円形通路３内の排ガスは円形通路３を形成する壁面３ｗを通過できる。
よって、円形通路３内の排ガスは、壁面３ｗを通って角形通路２に流入する。
【００２０】
ここで、壁面３ｗは、その気孔の大きさがφ２μｍ〜φ５０μｍ程度であるから、排ガスは壁面３ｗを通過できるものの、この排ガスに含まれる壁面３ｗの気孔より大きい粒径を有する粉塵等の粒子状物質は壁面３ｗを通過できない。このため、排ガス中に含まれる粉塵等は壁面３ｗによって捕集され、排ガスから除去される。
【００２１】
粉塵等の粒子状物質が除去された排ガスは角形通路２に流入するが、円形通路３とは逆に、角形通路２はその他端は開放されている。このため、角形通路２に流入した排ガスは角形通路２の他端、つまり、ハニカム構造体１の他端から排出される。
【００２２】
したがって、本実施形態のハニカム構造体１の一端から排ガス等の流体を供給すれば、この流体は、ハニカム構造体１内を、円形通路３、壁面３ｗ、角形通路２の順で通過し、流体中に含まれる粉塵等は壁面３ｗによって捕集されて流体から除去されるから、本実施形態のハニカム構造体１によって流体を浄化することができるのである。
【００２３】
ここで、排ガス等の高温の流体を本実施形態のハニカム構造体１に供給した場合、流体の供給を開始した直後等では、ハニカム構造体１は流体に比べてその温度が非常に低くなっている。このため、流体が接触した部分とその他の部分との間では大きな温度差が生じる。つまり、流体が接触した部分は高温部となり、その他の部分は低温部となる。すると、高温部と低温部では熱膨張する量が大きく異なるので、高温部と低温部との間に熱応力が発生する。
しかし、本実施形態のハニカム構造体１では、高温の流体が最初に接触するのは円形通路３を囲む壁面３ｗであり、この壁面３ｗは断面円弧状になっている。すると、壁面３ｗは半径方向に膨らむように熱膨張するので、低温部となる壁面２ｗとの間に発生する熱応力を壁面３ｗの変形によってある程度吸収することができる。
よって、流体の供給開始時などにおいて、ハニカム構造体１中に温度差の大きい高温部と低温部とが形成されても、熱衝撃によってハニカム構造体１が損傷することを防ぐことができる。
【００２４】
なお、本実施形態のハニカム構造体１を上記のごときフィルタとして使用する場合には、各円形通路２の断面積が、各角形通路２の断面積よりも大きくなるように形成することが好ましい。すると、流体がハニカム構造体１に流入するときにおける抵抗が小さくなるし、角形通路２と円形通路２との間の壁面３ｗの表面積が大きくなるので、粉塵等の捕集物質が壁面３ｗに堆積してもその厚さを薄くできる。すると、ハニカム構造体１の経時的な圧力損失の上昇を抑えることができるし、ハニカム構造体１が捕集できる粉塵等の限界量を多くすることができる。
【００２５】
また、流体を流入する円形通路２は円形断面であるから、流体通路が多角形断面である場合に比べて、流体が通過する壁面３ｗの表面積に対する円形通路２の断面積の割合を大きくできる。すると、流体がハニカム構造体１に流入するときの圧力損失も抑えることができる。
【００２６】
さらに、本発明のハニカム構造体は、例えば、微粒子等の捕集だけでなく捕集した微粒子等をハニカム内で触媒燃焼させて消滅させてしまうハニカム触媒担体として使用する場合等には、両通路２，３に閉塞部材２ｂ，３ｂを設けない状態で使用することができる。この場合でも、ハニカム構造体１中に高温部と低温部とが形成されて熱応力が発生したときに、その熱応力を円形通路３を形成する壁面３ｗの変形によってある程度吸収することができるから、熱衝撃によりハニカム構造体が損傷することを防ぐことができる。
【００２７】
また、本発明のハニカム構造体は、例えば、セラミックス電子部品等の焼結時に使用する非反応性セッター（部品を乗せて焼結する台）として使用してもよく、かかる場合には、ハニカム構造体の壁面等を多孔質構造としなくてもよい。
【００２８】
また、円形通路３は、壁面２ｗを含む面同士の全交差部分に設けなくてもよい。例えば、図３（Ｂ）に示すように、千鳥配置となるように円形通路３を配置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のハニカム構造体は、ディーゼル機関の排ガスや石炭火力発電の排ガス等の流体中に含まれる微粒子等を捕集して浄化するフィルタに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（Ａ）は本実施形態のハニカム構造体１の概略斜視図であり、（Ｂ）はハニカム構造体１を（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断した図である。
【図２】（Ａ）は本実施形態のハニカム構造体１を図１と逆方向から見たときにおける概略斜視図であり、（（Ｂ）はハニカム構造体１を（Ａ）のＢ−Ｂ線で切断した図である。
【図３】（Ａ）は本実施形態のハニカム構造体１の概略横断面図であり、（Ｂ）は他の実施形態のハニカム構造体１の概略横断面図である。
【図４】（Ａ）は従来のハニカム構造体100の概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１          ハニカム構造体
２          流体通路
２ｗ        壁面
２ｂ        閉塞部材
３          流体通路
３ｗ        壁面
３ｂ        閉塞部材
【図１】
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【図２】
2009270455.tif 000004
【図３】
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【図４】
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