JP2008302339A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】セルの大きさを変えたり、目詰まりを誘発する層流乱し手段を設けることなく、セル内通過流体の層流を乱す事によって流体とセル壁面との接触機会を高めたハニカム構造体を提供する。
【解決手段】平板と波板を巻き付けたハニカムコア、又は平板と波板、又は波板と波板を相互重ね合わせて成形されるハニカムコアであって、波板の山・谷が流体進行方向に対して平行に設置されるが、波板の山部は、ショートビード状の凸型を形成しており、流体進行方向に隣り合う山部は千鳥に複数配置されショートビード状凸型山部の進行方向端部には進行方向に向かって左右に千鳥配置されている山部に連結する二分の一の山高さであるバイパスが設けてあり、これにより、ショートビード形状のセル内は一つの連続したガス流路を形成し、谷部は流体進行方向に向かって放射状に枝分かれすることになり、二分の一の山高さである前記バイパスを跨ぐ形でもう一つの連続したガス流路を形成したハニカム構造体。
【選択図】図６

Description

本発明は、触媒を壁面に担持させる触媒担持体などに使用されるハニカム構造体に関する。

従来のハニカム構造のセル（空隙）に流体を流す構造の反応装置においては、流路を形成するハニカム構造壁面に担持された触媒によって流体内被反応成分を反応させることを目的としているが、触媒を担持したハニカム壁面近傍に形成される流体が層流状態であると、流体内被反応成分の触媒との十分な反応を阻害してしまう。そのため、ハニカムのセルを出来るだけ小さくしたり、セル内の流体の層流状態を乱だすような手段を付加することで、ハニカム壁面と流体との接触を図り、触媒反応効率を上げる事が一般に行なわれている。

上記の２つの従来技術の内、前出の方法では、同サイズのハニカムに対して重量の増加、セルが狭すぎる為に使用中のセル詰まりや、空隙率低下による圧力損失といった使用上の問題のみならず、使用ハニカム素材費の増加、製造費用の増加といったコスト上昇を招くといった問題があった。また、後者の例では、波板山部にスリットを設けることでセル内通過流体の層流を乱し、流体と触媒との接触機会を高めたハニカム構造体が提案されている（特許文献１）。しかしながら、この方法では、より小さなスリットが要求されるため、スリット自体の目詰まりが発生しやすく、このスリットの目詰まりがセル自体の詰まりを誘発してしまう危険性がある。
特開平１０−１３７５９４号公報

ハニカム構造のセル（空隙）に流体を流す構造の反応装置において流路を形成するハニカム構造壁面に担持した触媒によってガス流体の成分中の被反応成分を反応させることを目的とした触媒担持体においては、触媒を担持したハニカム壁面近傍に形成される流体の状態が図１Ａに示すような層流を形成してしまい、このような層流状態では、図２に示すようにセルの中央部の流体は、セル壁面と殆ど接触することなく通過してしまい、流体内被反応成分の触媒との十分な反応を阻害するため、触媒反応効率が非常に悪くなる。

そこで、本発明では、セルの大きさを変えたり、目詰まりを誘発する層流乱し手段を設けることなく、セル内通過流体の層流を乱す事によって流体とセル壁面との接触性を高めたハニカム構造体を提供することを課題とする。

本発明者等は鋭意検討を行い、上記課題を解決することのできる乱流を発生ハニカム構造体を見出した。即ち、本発明は、平板と波板を巻き付けたハニカムコア、又は平板と波板、又は波板と波板を相互重ね合わせて成形されるハニカムコアにおいて、図１Ｂのように、ハニカム流路内に一カ所以上の分岐部を設け、流入流体が層流状にセル内を通過する事を防止し、ハニカム内での十分な反応を確保する、乱流発生ハニカム構造体であって、前記ガス流路は、図２３に示すように排ガスの進行方向に対して分岐させるためのショートビード状の凸部を形成させ、ガス進行方向にパイプ状のバイパスを設けることにより、凸部内が連続した１つのガス流路となる。さらに谷部を形成する部分は、流体進行方向に放射状に連続し、これがそのまま、もう一つのガスの流路となり、セル内に進入する層流が乱流に変換することで流体とセル壁面との接触効率を向上させることができる。

平板と波板を巻き付けたハニカムコアでは、円筒状または偏芯及び双芯状などいずれの形状でもよく、平板と波板、又は波板と波板を相互重ね合わせて成形されるハニカムコアでは、多様な断面形状とすることができる。

ハニカムを構成する波板の山・谷は、が流体進行方向に対して平行に設置されるが、波板の山部は、ショートビード状の凸型を形成しており、流体進行方向に隣り合う山部は千鳥に複数配置されショートビード状凸型山部の進行方向端部には進行方向に向かって左右に千鳥配置されている山部に連結する二分の一の山高さであるパイプ状のバイパスが設けられ、これにより、ショートビード形状の山部とこれに積層される平板とによって形成されるセル内は、分岐、合流を繰り返す一つの連続したガス流路を形成する。また、波板の谷部は、流体進行方向に向かって放射状に枝分かれすることになり、二分の一の山高さである前記パイプ状のバイパスを跨ぐ形で、反対側に積層される平板とによってもう一つの連続したガス流路を形成する。この二つのガス流路によりセル内に進入する層流を乱流に変換することを特徴とするハニカム構造体である。

本発明の態様は、以下のとおりである。
（１）平板と波板を巻き付けたハニカムコア、又は平板と波板、又は波板と波板を相互重ね合わせて成形されるハニカムコアであって、波板の山・谷が流体進行方向に対して平行に設置されるが、波板の山部は、ショートビード状の凸型を形成しており、流体進行方向に隣り合う山部は千鳥状に複数配置され、その内部は、先端で二分する形でバイパスされて放射状に連続しており、谷部は流体進行方向に放射状に連続することになり、これがそのまま、流体の流路となりセル内に進入する層流を乱流に変換することを特徴とするハニカム構造体。
（２）ショートビード状の凸部のピッチが凸部幅の３倍以下であることを特徴とする（１）に記載されるハニカム構造体。
（３）流体の進行方向に対して山谷の位相が逆転した層の長さに対する層間長さの比が１以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載されるハニカム構造体。
（４）流体の進行方向に対して山を形成するショートビード状の凸部頂部の高さが幅の０．５〜１．５倍であることを特徴とする（１）ないし（３）の何れかに記載されるハニカム構造体。
（５）流路方向に山部と谷部を形成し、且つ、凸部が流路方向に対して千鳥配置になるようなショートビード状の凸部形成させることができる金型により、波板を成型し、平板と巻合することによってハニカムコア体を形成させることを特徴とする（１）〜（４）に記載のハニカム構造体の製造方法。

本発明のハニカム構造体によれば、目詰まりを生じることなく、流体とセル壁面との接触効率を向上させることができると共に、流体の分岐、合流が繰り返されることにより均一に混合されるという利点を有する。したがって、触媒担体としてだけではなく各種反応装置の担体として、応用分野が広い。

先ず、ハニカムコア体は、図９に示すように、平板と波板を巻き付けた円筒状または偏芯及び双芯状に加工して形成したり、平板と波板、又は波板と波板とを相互に重ね合わせて形成するのが一般的である。

本発明のハニカムコア体の形成方法は、従来の一般的な方法が採用できる。その構成材料の波板は、一般的な波板であれば、山と谷で構成されるシンプルな形状であるが、本発明の波板は、山部が、図６に示されるようなショートビード状の凸型を形成しており、流体進行方向に隣り合う山部は千鳥に複数配置され、その内部は、先端で二分する形でバイパスされて放射状に連続しており、積層される平板との間でガス流体の流路を形成している。また、谷部は、流体進行方向に前記バイパス部分を跨ぐ形で放射状に連続しており、これがそのまま、流体の流路となりセル内に進入する層流を波板の表面と裏面の２面で乱流に変換できる。

また、波板と平板との接合は、ショートビード状の凸型頂部とこれに接する平板部分に、または、谷部の最下部裏面と平板表面においてなされる。接合手段としては、抵抗溶接、レーザー溶接、マイクロプラズマ、蝋接、半田などの方法があり、コア体およびセルのサイズ等によって使い分けることができる。

しかも、ショートビード状の凸型内部の先端において、二分するバイパス部分にあっては、断面半円形のパイプ状を形成しており、パイプ状断面の高さは、ショートビード状の凸型の高さの０．２〜０．８倍が好ましく、より好ましくは、０．４〜０．６倍とするのが良い。したがって、この高さとすることで、ショートビード状の凸部頂部が平板と接合されてもガス流体の流路が確保されるわけで、低すぎるとショートビート状の凸部内側を通るガス流の妨げになり、また、高すぎてもショートビート状の凸部上面を通るガス流の妨げになる。

第二の発明は、平板と波板を巻き付けた円筒状または偏芯及び双芯状のハニカムコア、又は平板と波板、又は波板と波板を相互重ね合わせて成形される多様な断面形状のハニカムコアであって、波板の山・谷が流体進行方向に対して平行に設置されるが、流体の進行方向に対して千鳥状に山を形成するショートビード状の凸部のピッチが、図１１に示すように、凸部幅の３倍以下であって、セル内通過流体の層流を乱すことを特徴とするハニカム構造体である。

第三の発明は、平板と波板を巻き付けた円筒状または偏芯及び双芯状のハニカムコア、又は平板と波板、又は波板と波板を相互重ね合わせて成形される多様な断面形状のハニカムコアであって、波板の山・谷が流体進行方向に対して平行に設置されるが、流体の進行方向に対して山谷の位相が逆転した層の長さに対する層間長さの比が１以下であって、且つ、図１２に示すように、ショートビード状の凸部の幅の３〜６倍であることを特徴とする、セル内通過流体の層流を乱すことを特徴とするハニカム構造体である。

第四の発明は、平板と波板を巻き付けた円筒状または偏芯及び双芯状のハニカムコア、又は平板と波板、又は波板と波板を相互重ね合わせて成形される多様な断面形状のハニカムコアであって、波板の山・谷が流体進行方向に対して平行に設置されるが、流体の進行方向に対して山を形成するショートビード状の凸部頂部の高さが図１３に示すように、幅の０．５〜１．５倍であることを特徴とする、セル内通過流体の層流を乱すことを特徴とするハニカム構造体である。

第五の発明は、上記の第一、第二、第三、第四の発明に記載のハニカム構造体の製造方法であって、図８に示す流路方向に山部と谷部を形成し、且つ、凸部が流路方向に対して千鳥配置になるようなショートビード状の凸部形成させることができる金型により、波板を成型し、平板と巻合することによってハニカムコア体を形成させることを特徴とするハニカム構造体の製造方法である。

従来型波板と本願発明の波板の流体流れの違いを示す図面 従来型波板を使用したセル内での流体流れを示す図面 本発明の波板を使用したセル内での流体流れを示す図面 本発明のハニカムコアを示す図面 本発明のハニカムコアの一部の拡大図 ハニカムコアにおけるセルの山部の流路と谷部の流路を示す図面 本発明の波板の成形方法を示す図面 本発明の波板の成形用金型を示す図面 ハニカムコアの一般的成形方法を示す図面 本発明の波板の詳細を示す図面 図１０のＡ−Ａ’断面 図１０のＢ−Ｂ’断面 図１０のＡ−Ａ’断面

Claims (5)

1. 平板と波板を巻き付けたハニカムコア、又は平板と波板、又は波板と波板を相互重ね合わせて成形されるハニカムコアであって、波板の山・谷が流体進行方向に対して平行に設置されるが、波板の山部は、ショートビード状の凸型を形成しており、流体進行方向に隣り合う山部は千鳥状に複数配置され、その内部は、先端で二分する形でバイパスされて放射状に連続しており、谷部は流体進行方向に放射状に連続することになり、これがそのまま、流体の流路となりセル内に進入する層流を乱流に変換することを特徴とするハニカム構造体。
2. ショートビード状の凸部のピッチが凸部幅の３倍以下であることを特徴とする請求項１に記載されるハニカム構造体。
3. 流体の進行方向に対して山谷の位相が逆転した層の長さに対する層間長さの比が１以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載されるハニカム構造体。
4. 流体の進行方向に対して山を形成するショートビード状の凸部頂部の高さが幅の０．５〜１．５倍であることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載されるハニカム構造体。
5. 流路方向に山部と谷部を形成し、且つ、凸部が流路方向に対して千鳥配置になるようなショートビード状の凸部形成させることができる金型により、波板を成型し、平板と巻合することによってハニカムコア体を形成させることを特徴とする請求項１〜４に記載のハニカム構造体の製造方法。