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図面 (2)

課題

使用時における振動排圧によってハニカムセグメントが移動しない耐久性に優れたハニカム構造体を提供する。

解決手段

隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有するハニカムセグメント3を、接合材5によって複数個接合したハニカム構造体1である。ハニカムセグメント3の接合面となる外壁平面度が0.2mm以上である。

概要

背景

従来、内燃機関等の熱機関又はボイラー等の燃焼装置排気ガス浄化装置や、液体燃料又は気体燃料改質装置等に、触媒成分を担持したハニカム構造体が用いられている。また、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスのような含塵流体中に含まれる粒子状物質捕集除去するフィルターとしてハニカム構造体を用いることが知られている。

このような目的で使用されるハニカム構造体は、排気ガスの急激な温度変化局所的な発熱にさらされて内部に不均一な温度分布が生じやすく、それが原因でクラックが発生する等の問題があった。そこで、このような問題を解消するため、ハニカム構造体を複数のハニカムセグメントから構成し、各ハニカムセグメント間弾性質素材からなる接合材接合一体化した構造とすることにより、構造体に作用する熱応力緩和する方法が提案された。

概要

使用時における振動排圧によってハニカムセグメントが移動しない耐久性に優れたハニカム構造体を提供する。

隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有するハニカムセグメント3を、接合材5によって複数個接合したハニカム構造体1である。ハニカムセグメント3の接合面となる外壁平面度が0.2mm以上である。

目的

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使用時における振動や排圧によってハニカムセグメントが移動しない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
4件

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請求項1

隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有するハニカムセグメントを、接合材によって複数個接合したハニカム構造体において、ハニカムセグメントの接合面となる外壁平面度が0.2mm以上であることを特徴とするハニカム構造体。

請求項2

前記ハニカムセグメントの接合面となる外壁の平面度が1.5mm以下である請求項1記載のハニカム構造体。

請求項3

前記ハニカムセグメントの前記流通孔の軸方向に垂直な断面が、直径25mmの円を包含するような大きさを有する請求項1又は2に記載のハニカム構造体。

請求項4

前記ハニカムセグメントが、コージェライト、SiC、SiN、アルミナムライト及びLASからなる群より選ばれた1種を主結晶相とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のハニカム構造体。

請求項5

前記ハニカムセグメントに、触媒能を有する金属を担持し、内燃機関等の熱機関排気ガス浄化、又は液体燃料若しくは気体燃料改質に用いられるようにした請求項1ないし4のいずれか1項に記載のハニカム構造体。

請求項6

前記触媒能を有する金属が、Pt、Pd及びRhのうちの少なくとも1種である請求項5記載のハニカム構造体。

請求項7

前記ハニカムセグメントの前記流通孔の断面形状が、三角形四角形及び六角形のうちのいずれかである請求項1ないし6のいずれか1項に記載のハニカム構造体。

請求項8

前記個々のハニカムセグメントは、前記流通孔の前記隔壁が濾過能を有し、所定の前記流通孔については一方の端部を封じ、残余の流通孔については他方の端部を封じてなる構造を有する請求項1ないし7のいずれか1項に記載のハニカム構造体。

請求項9

含塵流体中に含まれる粒子状物質捕集除去するフィルターとして用いられる請求項8記載のハニカム構造体。

技術分野

0001

本発明は、内燃機関等の熱機関又はボイラー等の燃焼装置排気ガス浄化装置や、液体燃料又は気体燃料改質装置等に用いられる触媒担持ハニカム構造体、あるいはフィルターとして用いられるハニカム構造体に関する。

背景技術

0002

従来、内燃機関等の熱機関又はボイラー等の燃焼装置の排気ガス浄化装置や、液体燃料又は気体燃料の改質装置等に、触媒成分を担持したハニカム構造体が用いられている。また、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスのような含塵流体中に含まれる粒子状物質捕集除去するフィルターとしてハニカム構造体を用いることが知られている。

0003

このような目的で使用されるハニカム構造体は、排気ガスの急激な温度変化局所的な発熱にさらされて内部に不均一な温度分布が生じやすく、それが原因でクラックが発生する等の問題があった。そこで、このような問題を解消するため、ハニカム構造体を複数のハニカムセグメントから構成し、各ハニカムセグメント間弾性質素材からなる接合材接合一体化した構造とすることにより、構造体に作用する熱応力緩和する方法が提案された。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、ハニカムセグメントを複数個接合して1つのハニカム構造体として用いる場合、従来はハニカムセグメントの接合面となる外壁が平滑であったため、接合強度が弱く、使用時における振動排圧によってハニカムセグメントの接合が緩んだり外れたりして、ハニカムセグメントがずれたりばらけたりしてしまうことがあった。

0005

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使用時における振動や排圧によってハニカムセグメントが移動しない耐久性に優れたハニカム構造体を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明によれば、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有するハニカムセグメントを、接合材によって複数個接合したハニカム構造体において、ハニカムセグメントの接合面となる外壁の平面度が0.2mm以上であることを特徴とするハニカム構造体、が提供される。なお、本発明において、「接合面となる外壁」とは、接合材によって接合される外壁の角部および角のR部を除く平面をいう。また、「平面度」とは、JISB0621−1984に定義されているものをいう。

発明を実施するための最良の形態

0007

図1(a)は本発明のハニカム構造体の実施形態の一例を示す側面図で、図1(b)はそのA−A断面図である。これらの図に示すように、本発明のハニカム構造体1は、隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔(セル通路)を有するハニカムセグメント3を、接合材5によって複数個接合したものである。

0008

そして、本発明においては、その特徴的な構成として、ハニカムセグメント3の接合面となる外壁の平面度を所定値以上とすることにより、ハニカムセグメント同士の接合強度を高め、使用時における振動や排圧によってハニカムセグメントが移動して、ずれたりばらけたりする事を防止している。すなわち、外壁に適度な凹凸うねりがあると、接合面が剥がれにくく、また、たとえ剥がれたとしても個々のハニカムセグメントは移動しにくくなるので、耐久性に優れたハニカム構造体となる。

0009

具体的には、ハニカムセグメント3の接合面となる外壁の平面度が0.2mm以上になるようにする。この外壁の平面度が0.2mm未満だと、十分な接合強度が得難く、ハニカムセグメントが移動しやすくなるため、ハニカム構造体としての耐久性が劣る。なお、外壁の平面度を大きくしすぎると、それに伴ってハニカムセグメント3間に介在する接合材5の厚みが増し、ハニカム構造体1の流路面積開口率)が減少して実用的でなくなるので、ハニカムセグメント3の接合面となる外壁の平面度は1.5mm以下とするのが望ましい。

0010

また、ハニカム構造体使用時における振動や排圧によるハニカムセグメントの移動の問題は、ハニカムセグメントの流通孔の軸方向に垂直な断面が、直径25mmの円を包含する(直径25mmの円からはみだす)ような大きさを有する比較的大きなハニカムセグメントで構成したハニカム構造体で生じやすく、前記断面が直径25mmの円内に収まるような比較的小さなハニカムセグメントでは生じにくい。したがって、本発明は、前記のような比較的大きなハニカムセグメントで構成されるハニカム構造体に対して好適に用いられる。

0011

本発明において、ハニカムセグメント3は、強度、耐熱性等の観点から、コージェライト、SiC、SiN、アルミナムライト及びLASからなる群より選ばれた1種を主結晶相とするものであることが好ましく、熱伝導率の高いSiCは、被熱を放熱しやすいという点で特に好ましい。ハニカムセグメント3の接合面となる外壁に所望の平面度を付与する方法としては、ハニカムセグメントの成形後に凹凸を有する板を接合面となる外壁に押し付けたり、焼成後に研削等によって外壁に凹凸を付ける方法が挙げられる。

0012

ハニカムセグメント3のセル密度は、6〜2000セル平方インチ(0.9〜310セル/cm2)が好ましい。セル密度が6セル/平方インチ(0.9セル/cm2)未満になると、ハニカムセグメントとしての強度及び有効GSA(幾何学的表面積)が不足し、2000セル/平方インチ(310セル/cm2)を超えると、ガスが流れる場合の圧力損失が大きくなる。

0013

ハニカムセグメント3の隔壁の厚さは、50〜2000μmが好ましい。隔壁の厚さが50μm未満になると、ハニカムセグメントとしての強度が不足し、2000μmを超えると、ハニカムセグメントの有効GSAが低下するとともに、ガスが流れる場合の圧力損失が大きくなる。また、ハニカムセグメント3の流通孔の断面形状(セル形状)は、製作上の観点から、三角形四角形及び六角形のうちのいずれかであることが好ましい。

0014

ハニカムセグメント3を接合する接合材5としては、耐熱性を有するセラミックスファイバーセラミックス粉セメント等を単独で、あるいは混合して用いることが好ましく、更に必要に応じて有機バインダー無機バインダー等を混合して用いると、接合作用が向上し好ましい。

0015

本発明のハニカム構造体を、触媒担体として内燃機関等の熱機関の排気ガスの浄化、又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用いようとする場合、ハニカムセグメントに触媒能を有する金属を担持するようにする。触媒能を有する金属の代表的なものとしては、Pt、Pd、Rhが挙げられ、これらのうちの少なくとも1種をハニカムセグメントに担持することが好ましい。

0016

一方、本発明のハニカム構造体を、ディーゼルエンジン用パティキュレートフィルターのような、含塵流体中に含まれる粒子状物質を捕集除去するためのフィルターに用いようとする場合、個々のハニカムセグメントは、流通孔の隔壁が濾過能を有し、所定の流通孔については一方の端部を封じ、残余の流通孔については他方の端部を封じてなる構造を有するものとする。

0017

このようなハニカムセグメントから構成されるハニカム構造体の一端面より含塵流体を通気させると、含塵流体は、当該一端面側の端部が封じられていない流通孔よりハニカム構造体内部に流入し、濾過能を有する多孔質の隔壁を通過して、ハニカム構造体の他端面側が封じられていない他の流通孔に入る。そして、この隔壁を通過する際に含塵流体中の粒子状物質が隔壁に補足され、粒子状物質を除去された浄化後の流体がハニカム構造体の他端面より排出される。

0018

なお、補足された粒子状物質が隔壁上に堆積してくると、目詰まりを起こしてフィルターとしての機能が低下するので、定期的にヒーター等の加熱手段でハニカム構造体を加熱することにより、粒子状物質を燃焼除去し、フィルター機能再生させるようにする。この再生時の粒子状物質を燃焼を促進するために、ハニカムセグメントに前記のような触媒能を有する金属を担持させてもよい。

0019

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

0020

(実施例1)寸法が30mm×30mm×150mmL、隔壁の厚さが0.3mm、セル密度が31セル/cm2で、接合面となる外壁の平面度が0.05mm、0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.3mm、0.6mm、1mm及び1.5mmである8種類のSiC製ハニカムセグメントを用意した。これらのハニカムセグメントは、平面度が0.05mmのものを除き、成形後に凹凸を有する板を接合面となる外壁に押し付けることにより所望の平面度を付与したものである。

0021

これら8種類の異なる平面度を有する各々のハニカムセグメントを、図1(b)のように縦5個、横5個の計25個並べ、接合材としてコロイダルシリカアルミナファイバーを水で混合したものを用いて接合した。接合部における接合材の厚さは1.5〜3mm(平面度により若干異なる)であった。接合後、外周研削により断面の直径が150mmのハニカム構造体を得た。

0022

これらのハニカム構造体の外周に把持材としてセラミック無膨張マットを巻き、SUS409製のキャニング缶体に押し込んでキャニング構造体とした後、加熱振動試験を行った。試験条件は、入口ガス温度を900℃、振動加速度を50G、振動周波数を200Hzとし、キャニング構造体に加熱した排気ガスを流入させながらハニカム構造体の軸方向に振動を与えた。評価は、20〜50時間毎に個々のハニカムセグメントの移動量を測定し、移動量が0.5mm以下を使用可(○)、0.5〜1mmを要注意(△)、1mm以上を使用不可(×)と判定した。

0023

試験結果は下記表1に示すとおりであり、接合面となる外壁の平面度が0.2mm以上のハニカムセグメントを用いて作製されたものは、試験時間が200時間経過しても個々のハニカムセグメントの移動がほとんど見られず高い耐久性を示した。

0024

0025

(実施例2)寸法が60mm×90mm×200mmLである以外は、前記実施例1と同様のハニカムセグメントを用意し、それらを端面側から見て縦5個、横4個の計20個並べ、実施例1と同様に接合して約306mm×約364.5mm×200Lのハニカム構造体を作製した。これを四角形のキャニング構造体にした後、実施例1と同様の加熱振動試験を行ったところ、実施例1と同じ結果が得られた。

発明の効果

0026

以上説明したように、本発明のハニカム構造体は、ハニカム構造体を構成する個々のハニカムセグメントが、使用時における振動や排圧によって容易に移動することのない耐久性に優れたものである。

図面の簡単な説明

0027

図1(a)は本発明のハニカム構造体の実施形態の一例を示す側面図で、(b)はそのA−A断面図である。

--

0028

1…ハニカム構造体、3…ハニカムセグメント、5…接合材。

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