CN104271911B - 气体处理装置用保持材料、气体处理装置及相关的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用以实现保持材料与套管的摩擦阻力的适当控制的气体处理装置用保持材料，气体处理装置及相关的方法。本发明的气体处理方法的特征在于，其是使用气体处理装置对气体进行处理的方法，所述气体处理装置具备处理结构体(20)、收纳所述处理结构体的金属制的套管(30)、和配置于所述处理结构体与所述套管之间的无机纤维制的保持材料(10)，其中，在所述保持材料与所述套管之间按照在所述气体处理中与所述保持材料的外表面(11)及所述套管的内表面(31)接触的方式配置有机高分子(40)，并在所述套管的温度在所述有机高分子的软化温度以上且低于所述有机高分子的分解温度的条件下对所述气体进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及气体处理装置用保持材料、气体处理装置及相关的方法，特别是涉及保持材料与套管的摩擦阻力的控制。
背景技术
汽车等车辆中具备将汽油发动机的废气中含有的一氧化碳、烃、氮氧化物等有害物质除去的催化转换器或者用于将柴油发动机的废气中含有的粒子除去的DPF(Dieselparticulate filter，柴油碳微粒滤清器)等气体处理装置。例如，作为催化转换器，有具备筒状的催化剂载体、收纳该催化剂载体的筒状的金属制的套管、和配置于该催化剂载体与该套管之间的垫状的无机纤维制的保持材料的催化转换器。对该保持材料要求的功能之一在于防止催化剂载体从套管上脱离。
因此，一直以来例如在专利文献1中提出了通过使无机粒子附着固定在构成保持材料的陶瓷纤维的外表面，从而形成凹凸结构、增大该陶瓷纤维的摩擦阻力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-231774号公报
发明内容
发明欲解决的课题
但是，上述现有技术中，例如具有以下问题：为了将无机粒子附着固定在陶瓷纤维的外表面，需要进行加热烧制的操作；该无机粒子还会增大将保持材料插入套管中时(罐装时)的摩擦阻力；在催化转换器的使用中由于振动等该无机粒子有脱离的可能性；由于脱离的无机粒子、保持材料与套管的摩擦阻力反而能够减小；以及该无机粒子埋在保持材料的内部而无法获得效果等。
本发明是鉴于上述课题而完成的，本发明的目的之一在于提供用以实现保持材料与套管的摩擦阻力的适当控制的气体处理装置用保持材料、气体处理装置及相关的方法。
用于解决课题的方法
用于解决上述课题的本发明的一个实施方式的气体处理方法的特征在于，其是使用气体处理装置对气体进行处理的方法，所述气体处理装置具备处理结构体、收纳所述处理结构体的金属制的套管、和配置于所述处理结构体与所述套管之间的无机纤维制的保持材料，其中，在所述保持材料与所述套管之间按照在所述气体处理中与所述保持材料的外表面及所述套管的内表面接触的方式配置有机高分子，在所述套管的温度为所述有机高分子的软化温度以上且低于所述有机高分子的分解温度的条件下对所述气体进行处理。根据本发明，可以提供用以实现保持材料与套管的摩擦阻力的适当控制的气体处理方法。
另外，在所述气体处理方法中，所述气体处理中所述套管的温度还可以是60℃以上且500℃以下。另外，所述气体处理方法中，通过对所述套管进行冷却，还可以是在将所述套管的温度调节为所述有机高分子的软化温度以上且低于所述有机高分子的分解温度的所述条件下对所述气体进行处理。
用于解决上述课题的本发明的一个实施方式的气体处理装置用保持材料的特征在于，其是在具备处理结构体和收纳所述处理结构体的金属制的套管的气体处理装置中配置于所述处理结构体与所述套管之间的无机纤维制的保持材料，其中，在其外表面上按照在所述气体处理中与所述套管的内表面接触的方式配置有机高分子，所述有机高分子具有使用了所述气体处理装置的气体处理中所述套管的温度以下的软化温度和高于所述气体处理中所述套管的温度的分解温度。通过本发明，可以提供用以在气体处理装置中实现与套管的摩擦阻力的适当控制的气体处理装置用保持材料。
用于解决上述课题的本发明的一个实施方式的气体处理装置的特征在于，其是具备处理结构体、收纳所述处理结构体的金属制的套管、和配置在所述处理结构体与所述套管之间的无机纤维制的保持材料的气体处理装置，其中，在所述保持材料与所述套管之间按照在所述气体处理中与所述保持材料的外表面及所述套管的内表面接触的方式配置有机高分子，所述有机高分子具有使用了所述气体处理装置的气体处理中所述套管的温度以下的软化温度和高于所述气体处理中所述套管的温度的分解温度。通过本发明，可以提供用以实现保持材料与套管的摩擦阻力的适当控制的气体处理装置用保持材料。
用于解决上述课题的本发明的一个实施方式的气体处理装置用保持材料的制造方法的特征在于，其是制造在具备处理结构体和收纳所述处理结构体的金属制的套管的气体处理装置中配置于所述处理结构体与所述套管之间的无机纤维制的保持材料的方法，其中，在所述保持材料的外表面按照在所述气体处理中与所述套管的内表面接触的方式配置有机高分子，所述有机高分子具有使用了所述气体处理装置的气体处理中所述套管的温度以下的软化温度和高于所述气体处理中所述套管的温度的分解温度。通过本发明，可以提供制造用以在气体处理装置中实现与套管的摩擦阻力的适当控制的气体处理装置用保持材料的方法。
另外，所述保持材料的制造方法还可包括：确定所述气体处理中所述套管的温度；选择具有所确定的所述套管的温度以下的软化温度和高于所确定的所述套管的温度的分解温度的所述有机高分子；及将所选择的所述有机高分子按照在所述气体处理中与所述套管的内表面接触的方式配置在所述保持材料的外表面。
用于解决上述课题的本发明的一个实施方式的气体处理装置的制造方法的特征在于，其是制造具备处理结构体、收纳所述处理结构体的金属制的套管、和配置于所述处理结构体与所述套管之间的无机纤维制的保持材料的气体处理装置的制造方法，其中，在所述保持材料与所述套管之间按照在所述气体处理中与所述保持材料的外表面及所述套管的内表面接触的方式配置有机高分子，所述有机高分子具有使用了所述气体处理装置的气体处理中所述套管的温度以下的软化温度和高于所述气体处理中所述套管的温度的分解温度。通过本发明，可以提供制造用以实现保持材料与套管的摩擦阻力的适当控制的气体处理装置的方法。
另外，所述气体处理装置的制造方法还可包括：确定所述气体处理中所述套管的温度；选择具有所确定的所述套管的温度以下的软化温度和高于所确定的所述套管的温度的分解温度的所述有机高分子；及将所选择的所述有机高分子按照在所述气体处理中与所述保持材料的外表面及所述套管的内表面接触的方式配置在所述保持材料与所述套管之间。
发明效果
通过本发明，可以提供用以实现保持材料与套管的摩擦阻力的适当控制的气体处理装置用保持材料、气体处理装置及相关的方法。
附图说明
图1为表示本发明的一个实施方式的气体处理装置之一例的说明图。
图2为表示沿长度方向截断本发明的一个实施方式的气体处理装置时的截面之一例的说明图。
图3为表示沿与长度方向正交的方向截断本发明的一个实施方式的气体处理装置时的截面之一例的说明图。
图4为放大显示图3所示的用点划线IV包围的气体处理装置的一部分的说明图。
图5为利用平面视图表示本发明的一个实施方式的保持材料之一例的说明图。
图6为表示图5所示的沿VI-VI线截断的保持材料的截面之一例的说明图。
图7为表示图5所示的沿VI-VI线截断的保持材料的截面之另一例的说明图。
图8为表示本发明的一个实施方式的实施例中使用的试验装置的概要的说明图。
图9为表示本发明的一个实施方式的实施例中测定来自处理结构体的套管的挤出荷重时的结果之一例的说明图。
图10为表示本发明的一个实施方式的实施例中测定来自处理结构体的套管的挤出荷重时的结果之另一例的说明图。
图11为表示本发明的一个实施方式的实施例中测定来自处理结构体的套管的挤出荷重时的结果之又一例的说明图。
具体实施方式
以下对本发明的一个实施方式进行说明。需要说明的是，本发明并不限定于本实施方式。
首先，对本实施方式的概要进行说明。图1为表示本实施方式的气体处理装置1之一例的说明图。如图1所示，气体处理装置1具备处理结构体20、收纳该处理结构体20的金属制的套管30、和配置于该处理结构体20与该套管30之间的无机纤维制的保持材料10。其中，图1中为了说明的方便，将套管30的一部分省略，使收纳于该套管30的处理结构体20及保持材料10露出地进行显示。
图2为表示沿长度方向(图1及图2所示的箭头X所指的方向)截断气体处理装置1时的截面之一例的说明图。其中，图1及图2中，箭头X表示成为处理对象的气体在气体处理装置1内流通的方向。图3为表示沿与长度方向正交的方向截断气体处理装置1时的截面之一例的说明图。图4是放大显示图3所示的用点划线IV包围的气体处理装置1的一部分的说明图。图5为利用平面视图表示本实施方式的气体处理装置用保持材料10之一例的说明图。图6为表示图5所示的沿VI-VI线截断的保持材料10的截面之一例的说明图。图7为表示图5所示的沿VI-VI线截断的保持材料10的截面之另一例的说明图。
气体处理装置1用于气体的净化等对气体进行处理。即，气体处理装置1例如用于将气体中含有的有害物质和/或粒子除去。具体而言，气体处理装置1例如是对废气进行净化的废气处理装置。此时，气体处理装置1例如是为了将自内燃机(汽油发动机、柴油发动机等)排出的废气中含有的有害物质和/或粒子除去而被设置在汽车等车辆中。
即，气体处理装置1例如是在汽车等车辆中为了将废气中含有的有害物质除去而使用的催化转换器。另外，气体处理装置1例如是为了将柴油发动机的废气中含有的粒子除去而使用的DPF。
处理结构体20是具有对气体进行处理的功能的结构体。即，当气体处理装置1为催化转换器时，处理结构体20是具有用于对气体进行净化的催化剂和担载该催化剂的载体的催化担载体。催化剂例如是用于将废气等气体中含有的有害物质(一氧化碳、烃、氮氧化物等)除去的催化剂。更具体而言，催化剂例如是贵金属催化剂(例如铂催化剂)等金属催化剂。担载催化剂的载体例如是无机材料(例如堇青石等陶瓷)制的筒状成形体(例如圆筒状的蜂窝状成形体)。
另外，当气体处理装置1是用于将DPF等的气体中含有的粒子除去的装置时，处理结构体20是具有用于捕获该气体中的该粒子的多孔质体(例如过滤器)的结构体。此时，处理结构体20可以进一步含有催化剂，也可不含催化剂。
套管30是在内部形成有能够收纳处理结构体20的空间的金属制的筒状体。构成套管30的金属并无特别限定，例如可以选自不锈钢、铁及铝。
套管30例如可以是能够沿着气体处理装置1的长度方向(图1及图2所示的箭头X所指的方向)分割成2个的筒状体，也可以是未被分割的一体型的筒状体。本实施方式所示的例子中，套管30是一体型的筒状体。
保持材料10用于将处理结构体20保持在套管30内。即，保持材料10通过被压入到套管30与处理结构体20的间隙中，将该处理结构体20稳定地保持在该套管30内。
对保持材料10例如要求兼具以下功能：在气体处理装置1中安全地保持该处理结构体20以免因振动等处理结构体20冲撞于套管30而发生破损的功能；将该空隙密封以使尚未被净化的气体不会从该处理结构体20与套管30的间隙中漏出至下游侧的功能。另外，当废气等的高温(例如200～900℃)气体流通至气体处理装置1内时，要求保持材料10具备耐热性及绝热性。
因此，保持材料10是无机纤维制的成形体。即，保持材料10含有无机纤维作为主成分。具体而言，保持材料10例如含有90质量％以上的无机纤维。
构成保持材料10的无机纤维只要是在气体处理装置1的使用中不会发生劣化或难以发生劣化的无机纤维，则无特别限定，例如可以是选自氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维、二氧化硅纤维、溶解性无机纤维、玻璃纤维及石棉中的1种以上。
无机纤维的平均纤维直径例如优选为2～13μm。保持材料10除了无机纤维之外，还可含有粘合剂(有机粘合剂和/或无机粘合剂)，也可含有粘合剂和/或填充材料。
保持材料10的形状只要能够将处理结构体20保持在套管30内，则无特别限定。即，保持材料10例如可以是板状体(薄膜、片材、毯子、垫等)、也可以是筒状体。
另外，还可形成为板状的保持材料10的一端与另一端能够嵌合的对应的形状。即，在图5所示的例子中，保持材料10的一端及另一端分别形成为对应的凸状及凹状。而且，如图1所示，将配置于处理结构体20外周的保持材料10的一端与另一端嵌合。
保持材料10的体积密度可以以将该保持材料10压入在处理结构体20与套管30之间、按照达到所需范围进行适当设定，并无特别限定。即，保持材料10的体积密度例如根据处理结构体20与套管30的空隙(间隙)的大小，适当地设定。具体而言，保持材料10的体积密度例如可以为0.15～0.7g/cm3。
制造用于构成保持材料10的无机纤维制的成形体的方法并无特别限定，可以使用湿式法及干式法中的任一种。即，该成形体例如通过脱水成形而制造。此时，首先在具有规定形状的脱水成形用模具内流入含有用于构成保持材料10的无机纤维和有机粘合剂(例如橡胶、水溶性有机高分子化合物、热塑性树脂、热固化性树脂等)的水性浆料。进而，通过进行脱水成形，获得形状与模具的形状对应的无机纤维制的成形体(湿式成形体)。进而，通过按照其体积密度和/或单位面积重量等特性达到所期望的范围的方式对该湿式成形体进行压缩、干燥，从而最终获得无机纤维制的成形体。
进而，还可以直接使用该无机纤维制的成形体作为保持材料10。另外，还可以如图7所示，使用如上制造的无机纤维制的成形体作为基部材料10a，通过在该基部材料10a上层叠纤维片材10b来制造保持材料10。
纤维片材10b是由有机纤维和/或无机纤维构成的织布或无纺布，优选为由有机纤维构成的织布或无纺布。当构成纤维片材10b的有机纤维为后述的有机高分子的纤维时，也可在保持材料10和/或气体处理装置1中配置该有机高分子作为该纤维片材10b。
纤维片材10b的厚度并无特别限定，例如就插入在套管30之前的保持材料10而言，优选为10μm～1mm，和/或就插入在套管30之后而言，可以为1～100μm。也可通过使保持材料10具有纤维片材10b，顺畅地进行该保持材料10及处理结构体20向套管30中的插入(罐装)。
另外，构成保持材料10的无机纤维制的成形体例如可通过对经集棉的无机纤维进行针刺加工的干式法来制造。即此时，无机纤维制的成形体例如作为所谓的毯子、针刺毡或缝制垫来进行制造。进而，也可直接使用该无机纤维制的成形体作为保持材料10。
另外，干式法中并非必须使用有机粘合剂等有机成分。因此，通过干式法制造的无机纤维制的成形体中的有机成分的含有量与通过湿式法制造者相比较低，例如可以为0～1.5重量％，也可以为0～1.0重量％。另一方面，通过湿式法制造的无机纤维制的成形体中的有机成分的含有量例如可以为1.5～20重量％，也可以为1.5～9重量％，也可以为1.5～6重量％。
气体处理装置1通过将处理结构体20及保持材料10配置在套管30内而组装。即，例如首先在处理结构体20的外周配置保持材料10，制作包含该处理结构体20及保持材料10的组装体。具体而言，当保持材料10为板状时，通过将该保持材料10缠绕在处理结构体20的外周，制作组装体。另外，当保持材料10为筒状时，通过将处理结构体20插入到该保持材料10的内空，制作组装体。
接着，将该组装体配置在套管30内。即，当套管30为不可分割的一体型时，从该套管30的长度方向一端的开口部分将组装体压入到该套管30内(所谓的staffing方式)。另一方面，当套管30可分割时，利用所分割的该套管30的一部分和另一部分夹持组装体，接着对该套管30进行一体化(所谓的clamshell方式)。该一体化例如通过螺栓及螺母等紧固件的使用和/或焊接来进行。
进而，本实施方式的气体处理方法中，使用如上所述的气体处理装置1对气体进行处理。即，通过使成为处理对象的气体流通至气体处理装置1的处理结构体20的内部，对该气体进行处理。
更具体而言，在图1及图2所示的气体处理装置1中，废气等气体从套管30的一端向箭头X所示的方向流入，该气体在从处理结构体20的内部流通的期间被净化，经净化的气体从该套管30的另一端流出至该气体处理装置1外。
其中，在配置于汽车等车辆的气体处理装置1的一端及另一端分别连接将废气等气体从上游侧导入至该气体处理装置1的配管及将经净化的气体从该气体处理装置1导入至下游侧的配管。
接着，对本实施方式的详细情况进行说明。本实施方式的气体处理方法是使用具备处理结构体20和套管30和保持材料10的气体处理装置1对气体进行处理的方法，在该保持材料10与该套管30之间按照在该气体处理中与该保持材料10的外表面11及该套管30的内表面31接触的方式配置有机高分子40，且是在该套管30温度为该有机高分子40的软化温度以上且低于该有机高分子40的分解温度的条件下对该气体进行处理的方法。
即，本发明的发明者们对于在气体处理装置1中用于适当控制保持材料10与套管30的摩擦阻力的技术手段反复进行了深入研究，结果独自地发现，通过在该保持材料10与该套管30之间配置有机高分子40、且将该套管30的温度调节至该有机高分子40的软化温度以上且低于该有机高分子40的分解温度，可以在不分解该有机高分子40的情况下使其软化，使其粘接于该保持材料10的外表面11及该套管30的内表面31，可以有效地增大该保持材料10与该套管30的摩擦阻力，其结果可以有效地增大该气体处理装置1的保持力，从而完成本发明。
有机高分子40通过被加热至其软化温度以上且低于分解温度的温度而软化，只要是粘接于保持材料10的外表面11及套管30的内表面的有机高分子，则无特别限定。即，例如当已知使用了气体处理装置1的气体处理中套管30的温度时，可以适当选择使用具有该套管30的温度以下的软化温度和高于该套管30的温度的分解温度的有机高分子40。
有机高分子40的软化温度只要在气体处理中套管30的温度以下，则无特别限定，例如可以为100℃以下。有机高分子40的软化温度的下限值并无特别限定，该软化温度例如可以为60℃以上。其中，有机高分子40的软化温度例如是通过根据JIS K7206的方法测定的维卡软化温度。
有机高分子40的分解温度只要是超过气体处理中套管30的温度，则无特别限定，例如可以为200℃以上，也可以为250℃以上，还可以为300℃以上，还可以为350℃以上，还可以为400℃以上，还可以为450℃以上。有机高分子40的分解温度的上限值并无特别限定，该分解温度例如可以为600℃以下，也可以为500℃以下，还可以为450℃以下。
可以任意地将上述有机高分子的分解温度的上限值和下限值组合。即，有机高分子40的分解温度例如可以为200℃以上且600℃以下，也可以为200℃以上且500℃以下，还可以为200℃以上且450℃以下，还可以为200℃以上且400℃以下。另外，有机高分子40的分解温度例如可以为400℃以上且600℃以下，也可以为450℃以上且600℃以下。
有机高分子40的分解温度例如可以比气体处理中套管30的温度高20℃以上，也可以高30℃以上，还可以高40℃以上。另外，有机高分子40的分解温度可以比其软化温度高50℃以上，也可以高100℃以上，还可以高150℃以上。另外，有机高分子40的分解温度例如在提高用于加热规定量的有机高分子40的温度的情况下，作为由于热分解该有机高分子40的重量开始减少的温度来确定。
作为有机高分子40，例如可以使用热塑性树脂和/或热固化性树脂。认为热塑性树脂和/或热固化性树脂通过在其软化温度以上且低于分解温度的温度下被加热，与保持材料10及套管30粘接，增大该保持材料10与该套管30的摩擦阻力，其结果有效地增大气体处理装置1的保持力。
热塑性树脂例如可以是选自聚烯烃系树脂(例如聚乙烯和/或聚丙烯)、聚乙烯系树脂(例如选自聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚偏氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛及丙烯酸树脂中的1种以上)、聚酯系树脂(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和/或聚碳酸酯)、聚醚系树脂(例如聚缩醛)、聚酰胺系树脂(例如选自尼龙6、尼龙66、尼龙12及尼龙612中的1种以上)及氟系树脂(例如选自PTFE、ETFE、FEP、PFA及PVDF中的1种以上)中的1种以上。热固化性树脂例如还可以是选自聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、蜜胺树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂及尿素树脂中的1种以上。
气体处理中套管30的温度只要在有机高分子40的软化温度以上且低于该有机高分子40的分解温度，则无特别限定。即，套管30的温度例如可以比有机高分子40的分解温度低20℃以上，也可以低30℃以上，还可以低40℃以上。
另外，套管30的温度例如可以比气体处理中处理结构体20的外表面21的温度低200℃以上，也可以低250℃以上，也可以低300℃以上，也可以低350℃以上，还可以低400℃以上。
另外，套管30的温度例如可以为60℃以上且500℃以下。另外，套管30的温度也可以是较低的温度。即，套管30的温度例如可以为60℃以上且480℃以下，也可以为60℃以上且450℃以下，也可以为60℃以上且400℃以下，也可以为60℃以上且350℃以下，也可以为60℃以上且300℃以下。
另外，通过对套管30进行冷却，也可在将该套管30的温度调节至有机高分子40的软化温度以上且低于该有机高分子40的分解温度的条件下，对气体进行处理。即此时，例如通过对套管30进行冷却，在将该套管30的温度调节至有机高分子40的软化温度以上且低于该有机高分子40的分解温度的上述温度范围中的任一个的条件下，对气体进行处理。
通过在气体处理中对套管30进行冷却，与不进行该冷却的情况相比，可有效地降低该套管30的温度。即，通过对套管30进行冷却，例如可以将该套管30的温度调节至比处理结构体20的外表面21的温度低400℃以上。
套管30的冷却例如可通过在该套管30的外表面32的周围形成强制对流来进行。即，例如按照在该套管30与该气体或液体之间进行热交换的方式，使温度低于套管30的温度的气体或液体流通至该套管30的外表面32的周围，对该套管30进行冷却。
使气体或液体流通的方法只要是将套管30冷却，则无特别限定，例如可举出使用风扇或泵等冷却装置或者利用伴随设置有气体处理装置1的车辆的行走所产生的风。具体而言，作为利用冷却装置对套管30进行冷却的情况，例如考虑在空冷式和/或水冷式的内燃机中设置气体处理装置1来使用。
另外，将气体处理中套管30的温度调节至有机高分子40的软化温度以上且低于该有机高分子40的分解温度的方法并不限定于上述例子，例如可举出增加从保持材料10的外表面11至套管30的内表面31的距离(间隙)的方法或者将套管30形成为促进从该套管30的放热的形状的方法。
其中，气体处理中套管30的温度可以是该套管30的内表面31的温度，也可以是该套管30的外表面32的温度。套管30由于是金属制的，因此内表面31的温度接近外表面32的温度，但优选该套管30的温度用与有机高分子40接触的该内表面31的温度来规定。另外，气体处理中，保持材料10的外表面11也与上述套管30同样，优选为有机高分子40的软化温度以上且低于该有机高分子40的分解温度。
在气体处理中，处理结构体20的外表面21的温度高于套管30的温度。其原因在于，从处理结构体20内部流通的废气等气体的温度高于套管30的温度。
气体处理中处理结构体20的外表面21的温度并无特别限定，例如可以在有机高分子40的分解温度以上。此时，从处理结构体20内部流通的气体的温度(例如流入处理结构体20时的气体温度)也在有机高分子40的分解温度以上。
处理结构体20的外表面21的温度例如可以比有机高分子40的分解温度高100℃以上，也可以高150℃以上，也可以高200℃以上。此时，从处理结构体20的内部流通的气体的温度比有机高分子40的分解温度高100℃以上、高150℃以上或高200℃以上。
另外，处理结构体20的外表面21的温度例如可以为300℃以上，也可以为400℃以上，也可以为500℃以上，也可以为550℃以上，也可以为600℃以上，也可以为650℃以上，也可以为700℃以上。此时，从处理结构体20的内部流通的气体的温度也为300℃以上、400℃以上、500℃以上、550℃以上、600℃以上、650℃以上或700℃以上。
这里，如上所述对套管30进行冷却时，例如即使处理结构体20的外表面21的温度较高时(600℃以上、650℃以上或700℃以上)，也可以将该套管30的温度调节至比该处理结构体20的外表面21的温度低400℃以上。其中，气体处理中处理结构体20的外表面21的温度的上限值并无特别限定，该温度例如可以为1000℃以下，也可以为900℃以下。
在本实施方式的气体处理方法中，在气体处理中，通过使套管30的温度、有机高分子40的软化温度和该有机高分子40的分解温度维持为上述关系，可以有效地增大保持材料10与该套管30的摩擦阻力，可以有效地防止处理结构体20从该套管30脱落。
即，在该气体处理方法中，与有机高分子40接触的套管30的温度由于在该有机高分子40的软化温度以上且低于该有机高分子40的分解温度，因此经软化的该有机高分子40不会发生分解而通过与保持材料10的外表面11及该套管30的内表面31有效地粘接，可以有效地增大该保持材料10与该套管30的摩擦阻力。
这里，气体处理装置1中，由保持材料10产生的直径方向的挤压力和该保持材料10与该套管30的摩擦阻力的合力越大，则越可有效地防止处理结构体20从套管30脱落。
这点在本发明中如上所述，由于可有效地增大保持材料10与套管30的摩擦阻力，因此即使降低由该保持材料10产生的直径方向的挤压力，也可充分地防止处理结构体20从该套管30脱落。
由保持材料10产生的直径方向的挤压力由于该保持材料10的体积密度越大则变得越大，因此本发明中例如与以往相比，可以降低该保持材料10的体积密度。因此，可以将保持材料10轻量化，也可以减少构成该保持材料10的材料(例如无机纤维和/或粘合剂)的量。
本实施方式的气体处理装置1在这种气体处理方中使用。即，气体处理装置1具备处理结构体20、套管30和保持材料10，在该保持材料10与该套管30之间按照在该气体处理中与该保持材料10的外表面11及该套管30的内表面31接触的方式配置有机高分子40，所述有机高分子40具有在使用了该气体处理装置1的气体处理中该套管30的温度以下的软化温度和高于该气体处理中该套管30的温度的分解温度。
气体处理装置1中的有机高分子40的配置只要是在使用了该气体处理装置1的气体处理中，该有机高分子40与保持材料10的外表面11及套管30的内表面31接触，则无特别限定。
即，例如在将保持材料10及处理结构体20插入到套管30之前，可以预先将有机高分子40配置在该保持材料10的外表面11和/或套管30的内表面31，接着在该套管30中插入该保持材料10及处理结构体20。
另外，本实施方式的保持材料10用于这种气体处理装置1。即，保持材料10是在具备处理结构体20和套管30的气体处理装置1中配置于该处理结构体20与该套管30之间的无机纤维制的保持材料10，在其外表面11按照在该气体处理中与该套管30的内表面接触的方式配置有机高分子40，所述有机高分子40具有在使用了该气体处理装置1的气体处理中该套管30的温度以下的软化温度和高于该气体处理中该套管30的温度的分解温度。
保持材料10中的有机高分子40的配置只要在使用了气体处理装置1的气体处理中，该有机高分子40与该保持材料10的外表面11及套管30的内表面31接触，则无特别限定。即，例如有机高分子40可以配置在保持材料10的外表面11的整体上，也可配置在该外表面11的一部分上。
具体而言，例如有机高分子40按照下述方式配置：在保持材料10的外表面11，配置有该有机高分子40的范围的面积可以达到该外表面11的总面积的2.5％以上(2.5％以上且100％以下)，也可达到5％以上。
另外，当将有机高分子40配置在保持材料10的外表面11的一部分上时，该有机高分子40按照下述方式配置：在该保持材料10的外表面11，配置有该有机高分子40的范围的面积可以达到该外表面11的总面积的2.5％以上且50％以下，也可达到2.5％以上且20％以下。
此外，在保持材料10的外表面11的一部分上配置有机高分子40时，例如也可将该有机高分子40配置成岛状。即，在保持材料10的外表面11，按照形成配置有有机高分子40的多个岛状部分、和未配置有将各个该多个岛状部分包围的该有机高分子40的外周部分的方式配置该有机高分子40。另外，岛状部分的形状并无特别限定。
此时，按照下述方式将有机高分子40配置成岛状：在保持材料10的外表面11、配置有该有机高分子40的范围的面积可以达到该外表面11的总面积的2.5％以上且50％以下；也可达到2.5％以上且20％以下。
另外，在保持材料10的外表面11，也可将有机高分子40配置成层状。即此时，在保持材料10的外表面11形成有将该外表面11的全部或一部分包覆的有机高分子40的层。当有机高分子40将保持材料10的外表面11的一部分包覆时，也可将该有机高分子40的层形成为上述岛状。
此外，气体处理装置1中，有机高分子40局部存在于保持材料10的外表面11与套管30的内表面31的边界部分。即，保持材料10的外表面11与套管30的内表面31的边界部分处的有机高分子40的存在量(例如每单位体积的重量)大于该保持材料10内部(例如气体处理装置1的直径方向(保持材料10的厚度方向)的该保持材料10的中央部分)的该有机高分子40的存在量。因此，在气体处理装置1中，在气体处理中按照与保持材料10的外表面11及套管30的内表面31接触的方式配置的有机高分子40例如易于与存在于该保持材料10内部的有机粘合剂区别。
更具体而言，例如保持材料10的外表面11与套管30的内表面31的边界部分处的每单位体积的有机高分子40的重量是气体处理装置1的直径方向的该保持材料10的中央部分的每单位体积的有机高分子40的重量的1.5倍以上。
同样，在有机高分子40配置于外表面11的保持材料10中，有机高分子40局部存在于该外表面11。即，保持材料10的外表面11的有机高分子40的存在量(例如每单位体积的重量)大于该保持材料10内部(例如该保持材料10的厚度方向的中央部分)的该有机高分子40的存在量。因此，配置于保持材料10的外表面11的有机高分子40例如易于与存在于该保持材料10内部的有机粘合剂区别。
更具体而言，例如保持材料10的外表面11的每单位体积的有机高分子40的重量是该保持材料10的厚度方向的中央部分的每单位体积的该有机高分子40的重量的1.5倍以上。另外，例如保持材料10也可在其厚度方向的中央部分不含该有机高分子40。
将有机高分子40配置于保持材料10的外表面11和/或套管30的内表面31的方法并无特别限定，例如可以将在溶剂中溶解该有机高分子40所得的涂布液涂布在该外表面11和/或内表面31，接着使所述溶剂蒸发，从而将该有机高分子40涂布在外表面11和/或内表面31。另外，例如也可将熔融的有机高分子40涂布在外表面11和/或套管30的内表面31，接着进行冷却、使其固化。另外，例如还可利用热熔融粘合等适当的手段将有机高分子40的选自粒子(例如粉末和/或颗粒)、纤维及片材中的1种以上粘接于保持材料10的外表面11和/或套管30的内表面31。
另外，例如还可将有机高分子40的纤维体(例如织布或无纺布)层叠在保持材料10的外表面11和/或套管30的内表面31。此时，还可利用热熔融粘合和/或使用粘接剂将有机高分子40的纤维体粘接在保持材料10的外表面11和/或套管30的内表面31。作为粘接剂，还可以使用与构成纤维体的有机高分子40同种或异种的有机高分子40。
具体而言，当保持材料10如图7所示地具有无机纤维制的基部材料10a和层叠于该基部材料10a的套管30一侧的纤维片材10b时，例如可以用有机高分子40的纤维构成该纤维片材10b，所述有机高分子40具有使用了气体处理装置1的气体处理中套管30的温度以下的软化温度和高于该气体处理中该套管30的温度的分解温度。即此时，有机高分子40作为纤维片材10b进行配置。
另外，例如也可以将有机高分子40配置在纤维片材10b与基部材料10a的边界部分、该纤维片材10b的内部及该纤维片材10b的套管30一侧的表面中的至少一处。
此时，可将有机高分子40用作用于对纤维片材10b和基部材料10a进行粘接的粘接剂。另外此时，构成纤维片材10b的纤维并无特别限定。
上述的气体处理装置1例如可通过包含下述工序的方法进行制造：在保持材料10与套管30之间按照在该气体处理中与该保持材料10的外表面11及该套管30的内表面31接触的方式配置有机高分子40，所述有机高分子40具有在使用了该气体处理装置1的气体处理中该套管30的温度以下的软化温度和高于该气体处理中该套管30的温度的分解温度。
另外，上述的保持材料10例如可通过包含下述工序的方法进行制造：其外表面按照在该气体处理中与该套管30的内表面接触的方式配置有机高分子40，所述有机高分子40具有在使用了气体处理装置1的气体处理中套管30的温度以下的软化温度和高于该气体处理中该套管30的温度的分解温度。
在这些气体处理装置1和/或保持材料10的制造中，按照气体处理中套管30的温度、有机高分子40的软化温度和该有机高分子40的分解温度的关系为上述适合的关系进行确定。
即，气体处理装置1的制造方法例如也可包含：确定气体处理中套管30的温度；选择具有所确定的该套管30的温度以下的软化温度和高于所确定的该套管30的温度的分解温度的有机高分子40；及将所选择的该有机高分子40按照在该气体处理中与保持材料10的外表面11及该套管30的内表面31接触的方式配置在该保持材料10与该套管30之间。
另外，保持材料10的制造方法例如还可包含：确定气体处理中套管30的温度；选择具有所确定的该套管30的温度以下的软化温度和高于所确定的该套管的温度的分解温度的有机高分子40；及将所选择的该有机高分子40按照在该气体处理中与该套管30的内表面接触的方式配置在该保持材料10的外表面。
气体处理中套管30的温度根据该气体的温度、处理结构体20的绝热性(导热率、厚度、外表面21的温度)、保持材料10的绝热性(导热率、厚度、外表面11的温度)的条件，理论和/或实验地进行确定。
另外，所确定的套管30的温度可以是具有规定幅度的范围。此时，例如可以选择具有套管30的温度范围的下限值以下的软化温度和高于该套管的温度范围的上限值的分解温度的有机高分子40。
接着，对本实施方式的具体实施例进行说明。
实施例1
[保持材料的制造]
准备利用湿式法制造的保持材料。即，制备含有氧化铝纤维(氧化铝为96质量％、二氧化硅为4质量％)作为主成分且添加有有机粘合剂(丙烯酸树脂)及无机粘合剂(氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶等)的水性浆料，对该水性浆料进行脱水成形，从而制造作为无机纤维体的保持材料。该保持材料是单位面积重量为1400g/m2、体积密度为0.15g/cm3的垫状(375mm×90mm、厚度9.3mm)。
然后，在距该保持材料的一侧表面的端部(在气体处理装置中气体流通的方向的一侧的端部)为70mm的范围内配置作为有机高分子的聚乙烯(PE)(软化温度为90℃、分解温度为400℃)。即，成形聚乙烯的片材，利用热熔融粘合将该片材粘贴在保持材料的表面的一部分，从而在该保持材料的表面的一部分配置有机高分子。另外，作为比较的对照，还准备未配置有有机高分子的保持材料。
[气体处理装置的制造]
制造具备外径为110mm的圆筒状的陶瓷制的处理结构体、如上准备的保持材料和内径为118mm圆筒状的不锈钢制的套管的气体处理装置。
即，首先制作在处理结构体的外周面上按照配置有有机高分子的表面配置于该处理结构体的直径方向外侧的方式卷绕保持材料，制作组装体。接着，将该组装体按照保持材料的配置有有机高分子的表面与套管的内表面接触的方式压入(罐装)到该套管中，制造气体处理装置。
[罐装后的挤出力的评价]
使用图8所示的试验装置50，评价罐装后的挤出力。该试验装置50具备载置于处理结构体20的长度方向(气体流通的方向)一侧的端面的不锈钢制的圆板的挤出用夹具51和介由该挤出用夹具51将该处理结构体20向该长度方向的另一侧(图8的下方)挤压的棒状的挤压棒52。该试验装置50中，有机高分子40如图8所示地配置于与套管30的内表面31接触的保持材料10的外表面11的一部分。另外，在处理结构体20的外表面21及套管30的外表面32安装温度传感器(未图示)。
进而，使用该试验装置50，将在气体处理装置1中用于将处理结构体20及保持材料10从套管30挤出所需要的最大荷重作为挤出荷重(N)进行测定。测定在图9所示的8种条件下进行。
[结果]
图9显示测定结果。图9中，“间隙”栏的数值表示保持材料与套管的间隔(保持材料的外表面与套管的内表面的距离)(mm)、“套管温度”栏的数值表示处理结构体的温度为“处理结构体温度”栏的温度(℃)时套管的温度(℃)。另外，“冷却操作”栏的“有”的记载表示使用送风装置进行利用使空气流通至套管的外表面的周围的强制对流的冷却操作，“无”的记载表示未进行该冷却操作。另外，未进行冷却操作的条件使用对应于发动机中为废气处理用所设计的催化转换器的以往通常的使用条件。
如图9所示，当处理结构体的温度为800℃时，使用配置有有机高分子(PE)的保持材料且对该套管进行冷却，从而将该套管的温度调节至高于该有机高分子的软化温度且低于分解温度的范围的实施例1-1的挤出荷重与未配置该有机高分子的保持材料的比较例1-1的挤出荷重明显地高。
而处理结构体的温度同样是800℃时，使用配置有有机高分子(PE)的保持材料且不对套管进行冷却、该套管的温度比该有机高分子的分解温度高的比较例1-2的挤出荷重与使用了未配置有该有机高分子的保持材料的比较例1-3的挤出荷重是同等的，明显小于上述实施例1-1的挤出荷重。
即，即使使用有机高分子，当套管的温度为该有机高分子的分解温度以上时，也确认到未获得该有机高分子的使用所产生的效果。处理结构体的温度为900℃时(实施例1-2、比较例1-4～1-6)也如图9所示，获得了与上述处理结构体的温度为800℃时同样的结果。
实施例2
[保持材料及气体处理装置的制造]
除了代替聚乙烯使用聚氯乙烯(PVC)(软化温度为70℃、分解温度为250℃)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(软化温度为250℃、分解温度为300℃)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)(软化温度为60℃、分解温度为300℃)、聚丙烯(PP)(软化温度为170℃、分解温度为400℃)或聚酰亚胺(PI)(软化温度为210℃、分解温度为500℃)作为有机高分子以外，与上述实施例1同样地制造在外表面配置有该有机高分子的保持材料及具备该保持材料的气体处理装置。
[罐装后的挤出力的评价结果]
进而，如图10所示与上述实施例1同样地在12种条件下测定挤出荷重(N)。如图10所示，在使用了5种有机高分子中的任一种的情况(实施例2-1～2-6)下，由于套管的温度为该有机高分子的软化温度以上且低于分解温度，因此与未使用该有机高分子的情况(比较例2-1～2-6)相比，挤出荷重增大。
特别是，使用了与套管的温度相比具有充分高的分解温度的有机高分子的实施例2-1、实施例2-3、实施例2-4、实施例2-5及实施例2-6的挤出荷重与未使用该有机高分子的比较例的挤出荷重相比，明显增大。
实施例3
[保持材料的制造]
如图11所示，准备5种保持材料。即，在实施例3-1中，作为基部材料使用与上述实施例1同样地利用湿式法制造且在外表面配置有有机高分子(PE)的保持材料，在该外表面上进一步层叠PET(软化温度为250℃、分解温度为300℃)纤维制的无纺布，从而制造与图7所示的由该基部材料及纤维片材构成的保持材料。另外，在该保持材料的外表面，利用热熔融粘合将有机高分子和无纺布粘接。
实施例3-2中，代替使用湿式法制造的基部材料，使用通过对经集棉的氧化铝纤维(氧化铝为96质量％、二氧化硅为4质量％)进行针刺加工的干式法制造的无机纤维体(毯子)，除此之外与上述实施例3-1同样地制造在其外表面配置有有机高分子及纤维片材的保持材料。
实施例3-3中，通过在使用干式法制造的基部材料的外表面不配置有机高分子而层叠纤维片材，从而制造保持材料。基部材料外表面的纤维片材的固定如下进行：在将该纤维片材层叠于该基部材料外表面的状态下进行针刺，将构成该纤维片材的纤维和构成该基部材料的纤维络合。
实施例3-4中，代替通过湿式法制造的保持材料，使用通过干式法制造的保持材料，除此之外与上述实施例1同样地制造在其外表面配置有有机高分子且未层叠有纤维片材的保持材料。
比较例3中，不使用有机高分子及纤维片材中的任一种，直接使用利用干式法制造的毯子作为保持材料。
[气体处理装置的制造]
使用如上准备的5种保持材料，与上述实施例1同样地制造气体处理装置。
[罐装后的挤出力的评价结果]
进而，如图11所示，与上述实施例1同样地在5种条件下测定挤出荷重(N)。如图11所示，使用了有机高分子和/或有机纤维制的纤维片材的实施例3-1～3-4的挤出荷重比未使用该有机高分子及纤维片材的比较例3的挤出荷重高。特别是，使用了外表面配置有有机高分子(PE)的保持材料的实施例3-1、实施例3-2及实施例3-4的挤出荷重明显比比较例3的挤出荷重高。另外，实施例3-1及实施例3-2中，配置于基部材料的外表面的有机高分子(PE)因加热而发生软化，从该外表面突出于构成纤维片材的纤维之间而露出到套管一侧，与该套管的内表面粘接。
Claims (2)
1.一种气体处理方法，其特征在于，
其为使用气体处理装置对气体进行处理的方法，所述气体处理装置具备处理结构体、收纳所述处理结构体的金属制的套管、和配置于所述处理结构体与所述套管之间的无机纤维制的保持材料，
其中，在所述保持材料与所述套管之间按照在所述气体处理中与所述保持材料的外表面及所述套管的内表面接触的方式配置分解温度为600℃以下的有机高分子，
并且通过对所述套管进行冷却，在所述套管的温度调节为所述有机高分子的软化温度以上且低于所述有机高分子的分解温度的条件下对所述气体进行处理。
2.根据权利要求1所述的气体处理方法，其特征在于，所述气体处理中所述套管的温度为60℃以上且500℃以下。
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