JP2015175586A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】多数のハニカム構造体を配置する場合であっても、容易な作業でデッドスペースを低減して配置することができるハニカム構造体を提供する。【解決手段】単一の軸方向に延びて列設された隔壁３０により区画された複数のセル３１を備えるハニカム構造体１を、セル３１が開口している端面２０の少なくとも外周縁部が湾曲面（円弧面２０ｂ）で形成されているものとする。また、ハニカム構造体１は、ハニカム構造体１の中心と交差し、軸方向と直交する第一断面と、ハニカム構造体１の中心と交差し、軸方向と平行である任意の断面のうち最も面積が大きい第二断面の面積とが、非同一である形状を有するものとすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ハニカム構造体に関するものである。

鍛造炉、熱処理炉、溶解炉、焼成炉などで使用される蓄熱式バーナ（リジェネバーナ）は、バーナの燃焼により高温となった排ガスと、バーナの燃焼のために供給されるガスとを、交互に熱交換部に流通させるべく、ガスの流通方向が数十秒間隔で切り換えられるバーナである。熱交換部の内部には蓄熱体が配置されており、これにより、排ガスの熱は蓄熱体で回収され、バーナの燃焼のために新たに供給されるガスを予熱するために利用される。従って、蓄熱式バーナは燃焼効率が高く、燃料を削減することができるため、省エネルギーに資すると共に排出される二酸化炭素を削減することができる。このような蓄熱式バーナには、それぞれ熱交換部と組み合わせられた一対のバーナを用いるタイプ（ツインリジェネバーナ）と、一つのバーナでガスの流通方向を切り替えるタイプ（セルフリジェネバーナ）とがある。

蓄熱式バーナ用の熱交換部としては、従来、アルミナボールを蓄熱体として、多数のアルミナボールをケーシング内に充填したものが多用されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この場合、ガスはアルミナボール間の空隙を流通するため、圧力損失が大きいという問題があった。また、アルミナボールの表面積は小さく、更にその中心部は熱交換に寄与しないため、多数のアルミナボールを使用しても熱交換が不十分であるという問題もあった。

一方、セラミックスのハニカム構造体を、蓄熱式バーナ用の蓄熱体として使用する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。ハニカム構造体は、多数の隔壁により区画されたセルを備え、セルは単一の方向に延びているため、ガスの流通に伴う圧力損失が小さいという利点がある。また、ハニカム構造体は、アルミナボールに比べて表面積が非常に大きいという利点もある。

ハニカム構造体を蓄熱体に用いる場合、一般的に数百〜数千個という多数の小さなハニカム構造体を、ガスを流通させる熱交換部のケーシング内に配置する。これは、大きなハニカム構造体は温度分布が生じやすく、蓄熱と放熱の繰り返しに伴う熱衝撃によって破損しやすいためである。従って、熱衝撃を低減するために個々のハニカム構造体を小さくすると、熱交換のために必要なハニカム構造体の数は必然的に多くなる。

しかしながら、セラミックスのハニカム構造体は押出成形によって成形されるため、断面形状は単一であり、一般的に立方体または直方体である。立方体または直方体の蓄熱体を、アルミナボールと同様に投入するようにケーシング内に配置すると、デッドスペース（ハニカム構造体間の空隙）が大きくなる。このため、従来のハニカム構造の蓄熱体は、デッドスペースが生じないよう、積み重ねて使用されており、極めて多数のハニカム構造体を積み重ねる作業が非常に煩雑であった。特に、小型の蓄熱式バーナ装置では、蓄熱体を配置するケーシングが、作業者が入ることができないサイズであることが多く、蓄熱体を出し入れするための開口からケーシングの奥まで、作業者の手が届きにくいことも多い。そのような場合、多数の小さなハニカム構造体を積み重ねる作業は極めて困難であり、蓄熱体としてのハニカム構造体の優位性を承知しながらも、投入することによってケーシング内に容易に充填できるアルミナボールを、選択せざるを得ないと言う事情があった。

特開２００３−３４３８２９号公報 特開平８−２４７６７１号公報

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、多数のハニカム構造体を配置する場合であっても、容易な作業でデッドスペースを低減して配置することができるハニカム構造体の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかるハニカム構造体は、「単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体であって、セルが開口している端面の少なくとも外周縁部が湾曲面で形成されている」のものである。

「ハニカム構造体」の材質は特に限定されるものではなく、炭化珪素、チタン酸アルミニウム、アルミナ、コージェライト等のセラミックスであっても良いし、アルミニウム、ステンレス、銅等の金属であっても良い。

「セルが開口している」における「開口」とは、加工による欠損等により側面側で隔壁を有さないセルを除き、側面側に隔壁を有しているセルの開口を指している。

「少なくとも外周縁部が湾曲面で形成されている端面」の態様としては、端面がセルの軸方向と直交する平面と、平面の外周に連結された湾曲面とから形成されている態様、端面の全てが湾曲面で形成されている態様、を例示することができる。ここで、「湾曲面」の態様としては、径が同一の円弧の連続により形成される曲面である「円弧面」や、連続して同一の方向に湾曲している「円弧面以外の湾曲面」、を例示することができる。

セルが開口する端面の少なくとも外周が「円弧面」で形成されている形状としては、立方体の二対の側面間を、それぞれ対をなす一方の側面から他方の側面に向かって、側面の一辺より長く対角線より短い直径の円筒でくり抜いて形成される形状、直方体の二対の側面間を、それぞれ対をなす一方の側面から他方の側面に向かって、側面の短辺よりも長く対角線より短い直径の円筒でくり抜いて形成される形状、円柱の側面を、円柱の直径よりも長い直径の円筒、または円柱の直径より短い直径の円筒で円柱の軸方向に直交する方向にくり抜いて形成される形状、楕円柱の側面を、楕円の長径より短く短径より長い直径の円筒でくり抜いて形成される形状、断面が多角形の多角柱の側面を、多角形の一辺より長い直径の円筒でくり抜いて形成される形状、を例示することができる。セルが開口する端面の少なくとも外周が「円弧面以外の湾曲面」で形成されている形状としては、立方体や直方体のハニカム構造体を、円弧面以外の湾曲面を有する刃体を回転させて研削することにより形成される形状、を例示することができる。

本構成のハニカム構造体は、何れも端面の少なくとも外周縁部に湾曲面を有しているため「転がり易い」形状である。このため、複数のハニカム構造体を設置場所に投入するなど乱雑に配置したとしても、個々のハニカム構造体が転がり易いため、自ずとデッドスペースが小さくなるように充填され易い。

また、立方体や直方体のハニカム構造体を積み重ねていた従来では、その一つが熱衝撃等により破損した場合、ハニカム構造体の配置が大きく崩れてデッドスペースが生じることにより、蓄熱及び熱交換の効率が低下することがあった。これに対し、本構成のハニカム構造体は、一つが熱衝撃等により破損した場合であっても、隣接するハニカム構造体が転がることによって、自ずとデッドスペースが低減するように配置されやすい。

本発明にかかるハニカム構造体は、上記構成に加えて、「前記ハニカム構造体の中心と交差し、前記軸方向と直交する第一断面の面積と、前記ハニカム構造体の中心と交差し、前記軸方向と平行である任意の断面のうち最も面積が大きい第二断面の面積とが、非同一である」ものとすることができる。

本構成のハニカム構造体によれば、第一断面と第二断面の面積が異なっていることにより、直交する二方向でハニカム構造体の安定性が異なり、面積の大きい方の断面が設置面に対して平行となるように配置される方が安定である。よって、転がり易いハニカム構造体を、設置場所に投入するなど乱雑に配置する場合、ハニカム構造体は、第一断面と第二断面の何れか大きい方の断面が、設置面に対して平行となる状態で配置されやすい。これにより、多数のハニカム構造体のセルの軸方向が、自ずと同じ方向に揃いやすい。例えば、ハニカム構造体を設置する設置面に対して直交方向にガスを流通させる場合は、第一断面を第二断面よりも大きくすることにより、第一断面と直交しているセルの軸方向がガスの流通方向と平行に揃いやすくなる。一方、設置面に対して平行方向にガスを流通させる場合は、第二断面を第一断面よりも大きくすることにより、第二断面と平行なセルの軸方向が、ガスの流通方向に揃いやすくなる。このように、乱雑に配置しても複数のハニカム構造体において、セルの軸方向が揃い易いため、圧力損失を低減してガスを流通させることができる。

本発明にかかるハニカム構造体は、上記構成において、「蓄熱式バーナ装置の熱交換部に蓄熱体として充填されている」ものとすることができる。

上記構成のハニカム構造体によれば、蓄熱式バーナの蓄熱体を配置する熱交換部のケーシングが、作業者が入ることができないサイズの場合や、蓄熱体を出し入れするための開口からケーシングの奥まで作業者の手が届きにくい場合であっても、アルミナボールと同様に、ハニカム構造体を投入すれば、転がり易い形状であることにより、自ずとデッドスペースが低減するように熱交換部に充填される。加えて、内部が熱交換に寄与しないアルミナボールとは異なり、ハニカム構造体は内部まで熱交換に利用できるため、熱交換部のスペースをより有効に活用して、十分な熱交換を行うことができる。

本発明にかかるハニカム構造体は、上記構成において、「ハニカム構造を有する基体は、炭化珪素質セラミックス焼結体で形成されている」ものとすることができる。

炭化珪素の熱伝導率は７５〜１３０Ｗ／ｍ・Ｋであり、セラミックスの中では熱伝導率が高い材料である。また、炭化珪素の熱膨張率は約４×１０^−６／℃であり、セラミックスの中では熱膨張率が小さい材料である。つまり、熱伝導率が高いと共に熱膨張率が小さい炭化珪素は、耐熱衝撃性に非常に優れている。従って、基体が炭化珪素質セラミックス焼結体である本構成のハニカム構造体は、高温下で使用されて加熱と冷却（放熱）が繰り返されるハニカム構造体、例えば、温度の異なる流体を交互に流通させて熱交換する蓄熱体、温度の異なる流体を異なる方向に同時に流通させて熱交換する熱交換体、自己発熱等により高温となり流体を流通させて加熱する加熱体、高温の流体を通過させて濾過する濾過材等として、適している。そして、本構成のハニカム構造体は転がり易い形状であるため、これらの種々の用途において、流体の流路に容易に多数を充填することができる。

本発明にかかるハニカム構造体は、基体が炭化珪素質セラミックス焼結体である上記構成に加え、「前記基体の表面に、加熱により珪酸系ガラスとなる酸化防止層が形成されている」ものとすることができる。

「加熱により珪酸系ガラスとなる酸化防止層」は、二酸化珪素の他、酸化ナトリウム、酸化カリウム、炭酸カリウム、ホウ酸、酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウムなどを含有する酸化防止剤を、基体の表面にコーティングすることにより形成することができる。また、酸化防止剤のコーティングは、酸化防止剤を基体の表面に塗布、スプレーすることにより、或いは、酸化防止剤を基体に含浸させることにより、行うことができる。

上記のように、炭化珪素質セラミックス焼結体は高温下で使用される構造体として適しているが、炭化珪素は酸素の存在する雰囲気下で高温に加熱すると酸化され易いという難点がある。本構成では、基体の表面に加熱により珪酸系ガラスとなる酸化防止層を有しているため、高温下で使用された際に基体の表面に珪酸系ガラスの層が生成する。この珪酸系ガラスの層によって、炭化珪素質の基体と酸素との接触が妨げられるため、炭化珪素の酸化が有効に抑制される。また、珪酸系ガラスの存在により、炭化珪素質セラミックス焼結体の高温強度が高められる。すなわち、珪酸系ガラスは高温下で軟化して延び塑性変形するため、脆性材料である炭化珪素質セラミックス焼結体の基体に仮に亀裂が発生した場合であっても、軟化した珪酸系ガラスがそれを埋め亀裂が伸展して破壊に至ることが抑制される。従って、本発明のハニカム構造体は、耐熱衝撃性の高い炭化珪素質セラミックス焼結体を基体としていることに加え、更に加熱により珪酸系ガラスとなる酸化防止層を備えていることにより、より耐熱衝撃性に優れている。

以上のように、本発明の効果として、多数のハニカム構造体を配置する場合であっても、容易な作業でデッドスペースを低減して配置することができるハニカム構造体を提供することができる。

本発明の第一実施形態であるハニカム構造体の（ａ）斜視図、（ｂ）平面図、及び（ｃ）正面図である。 図１のハニカム構造体の製造方法を例示する図である。 本発明の第二実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 本発明の第三実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 本発明の第四実施形態であるハニカム構造体の（ａ）斜視図、及び（ｂ）正面から側面視側に４５度傾斜した角度から見た図である。 本発明の第五実施形態であるハニカム構造体の（ａ）斜視図、及び（ｂ）正面から側面視側に４５度傾斜した角度から見た図である。 本発明の第六実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 本発明の第七実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 本発明の第八実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 本発明の第九実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 本発明の第十実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 本発明の第十一実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 本発明の第十二実施形態であるハニカム構造体の斜視図である。 図１３のハニカム構造体の製造方法を例示する図である。

以下、本発明の第一実施形態乃至第五実施形態であるハニカム構造体１〜１２について、図１乃至図８を用いて説明する。ハニカム構造体１〜１２は、単一の軸方向に延びて列設された隔壁３０により区画された複数のセル３１を備えるハニカム構造を有している。また、何れのハニカム構造体１〜１２も、セル３１が開口している端面の少なくとも外周縁部が湾曲面で形成されている。これらのハニカム構造体１〜１２は、設置場所に多数（数百個〜数千個）が配置されるものである。

まず、第一実施形態のハニカム構造体１は、セル３１が開口している一対の端面２０が、それぞれセル３１が延びる軸方向に対して直交している平面２０ａと、平面２０ａの外周に連結された円弧面２０ｂから形成されている。一対の端面２０それぞれにおける円弧面２０ｂは、軸方向に平行な四つの側面２１で連結されており、これらの側面２１は平面２１ａである。平面２１ａは長方形であり、短辺の方向がセル３１の軸方向と一致している。

より詳細には、本構成のハニカム構造体１は、図１に示すように、平面視の外形が正方形であり（図１（ｂ）参照）、正面視及び側面視の外形が、平面視と同一の大きさの正方形において、それぞれの頂点が円弧状に切り欠かれている形状（図１（ｃ）参照）を有している。なお、図では、セル３１の断面形状が四角形の場合を例示している。

このような形状は、例えば、立方体のハニカム構造体から形成することができる。具体的には、図２に一点鎖線で示すように、立方体形状のハニカム構造体１００のセル３１の軸方向に平行な外周面である二対の側面を、それぞれ対をなす一方の側面から他方の側面に向かって、中心軸が立方体の中心を通り、側面の一辺より僅かに長い（例えば、＋１ｍｍ〜＋５ｍｍ）直径の円筒でくり抜くことにより形成することができる。

第一実施形態のハニカム構造体１は、セル３１が開口している一対の端面２０のそれぞれが、その外周縁部に円弧面２０ｂを有しているため、転がり易い形状である。これにより、多数のハニカム構造体１を設置場所に投入するなど乱雑に配置したとしても、個々のハニカム構造体１が転がることにより、自ずとデッドスペースが小さくなるように充填され易い。

また、ハニカム構造体１の中心と交差し、セル３１の延びる軸方向に直交している第一断面は、外形が正方形であり、ハニカム構造体１の中心と交差し軸方向に平行な任意の断面のうち最も面積が大きい第二断面は、第一断面と同一の大きさの正方形が、四つの角を円弧状に切り欠かれている形状である。すなわち、ハニカム構造体１では、第一断面と第二断面の面積が非同一であり、第一断面の面積が第二断面よりも大きい。従って、ハニカム構造体１は第一断面が設置面に対して平行となる状態で安定であり、転がった後にこの状態で配置され易い。これにより、多数のハニカム構造体１を設置場所に投入するなど乱雑に配置したとしても、それぞれのハニカム構造体１のセル３１の軸方向は設置面に対して直交する方向に自ずと揃い易い。

加えて、ハニカム構造体１は、上記のように立方体状のハニカム構造体１００から形成できるため、押出成形により成形された従来のハニカム構造体から製造することができる。

第二実施形態のハニカム構造体２は、図３に示すように、一対の端面２０がそれぞれ円弧面２０ｂのみから形成されている形状である。また、円弧面２０ｂである一対の端面２０を連結している側面は、一つの閉じた円弧面２１ｂである。

より詳細には、ハニカム構造体２は、端面２０を真上から見た平面視の外形が円形であり、正面視の外形はセル３１の軸方向に長い長方形であり、側面視の外形は、正面視の長方形と同一の長方形の一対の短辺が円弧状に切り欠かれた形状である。

このような形状は、例えば、セル３１の軸方向を中心軸とする円柱状のハニカム構造体の側面を、セル３１の軸方向に直交する方向へ、円柱の断面円の直径より長く、且つ円柱の高さより短い直径の円筒でくり抜くことにより形成することができる。

第二実施形態のハニカム構造体２は、端面２０が円弧面２０ａのみで形成され、側面２１が連続した円弧面２１ｂである転がり易い形状を有している。また、第一断面の外形が円形であり、第二断面の外形が、第一断面の外形である円の直径と短辺の長さが等しい長方形である。従って、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体２は第二断面を設置面に対して平行に配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体２は、上記のように円柱状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形された従来のハニカム構造体から、製造することができる。

第三実施形態のハニカム構造体３は、図４に示すように、一対の端面２０がそれぞれ円弧面２０ｂのみから形成されている形状である。また、一対の端面２０を連結している側面２１が、一対の円弧面２１ｃと、一対の円弧面２１ｃを連結している、外周側に隔壁を有さないセル３１が開口している一対の円弧面２１ｄによって形成されている。

より詳細には、ハニカム構造体３は、円弧面２１ｃ側から見た側面視の外形が円形であり、円弧面２１ｄ側から見た正面視の外形が、側面視の外形である円の直径と短辺の長さが等しい長方形であり、平面視の外形が、正面視の長方形と同一の長方形の一対の短辺が円弧状に切り欠かれた形状である。

このような形状は、例えば、セル３１の軸方向を中心軸とする円柱状のハニカム構造体の側面を、セル３１の軸方向に対して直交する方向に向かって、円柱の断面円の直径より僅かに短く（例えば、−１ｍｍ〜−５ｍｍ）、且つ円柱の高さよりも短い直径の円筒でくり抜くことにより形成することができる。

第三実施形態のハニカム構造体３は、端面２０が円弧面２０ｂのみから形成され、側面２１も円弧面２１ｃ，２１ｄのみから形成された転がり易い形状を有している。また、第二断面の外形が長方形であり、第一断面の外形が、第二断面の外形の長方形と同一の長方形の一対の短辺が円弧状に切り欠かれた形状である。従って、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体３は第二断面を設置面に対して平行に配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体３は、上記のように円柱状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形された従来のハニカム構造体から、製造することができる。

第四実施形態のハニカム構造体４は、図５に示すように、一対の端面２０のそれぞれが、セル３１の軸方向に対して直交している平面２０ａと、平面２０ａの外周に連結された円弧面２０ｂから形成されている形状である。一対の端面２０それぞれにおける円弧面２０ｂは、軸方向に平行な四つの側面２１で連結されており、これらの側面２１は平面２１ａである。平面２１ａは長方形であり、長辺の方向がセル３１の軸方向と一致している。従って、ハニカム構造体４は、平面２１ａの長辺の延びる方向において、第一実施形態のハニカム構造体１と相違している。

このような形状は、例えば、セル３１の軸方向に対して直交する断面の外形が正方形であり、その正方形の一辺よりセル３１の軸方向の長さが長い直方体状のハニカム構造体の二対の側面を、それぞれ対をなす一方の側面から他方の側面に向かって、中心軸が直方体の中心を通り、側面の長辺よりも僅かに長い（例えば、＋１ｍｍ〜＋５ｍｍ）直径の円筒でくり抜くことにより形成することができる。

第四実施形態のハニカム構造体４は、端面２０の外周縁部が円弧面２０ｂで形成された転がり易い形状を有している。また、第一断面の外形が正方形であり、第二断面の外形が、第一断面の外形の正方形の一辺を短辺とする長方形の各頂点が円弧状に切り欠かれた形状であるため、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体４は第二断面を設置面に対して平行にして配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体４は、上記のように直方体状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形された従来のハニカム構造体から、製造することができる。

第五実施形態のハニカム構造体５は、図６に示すように、一対の端面２０が、それぞれ円弧面２０ｂのみから形成されている形状である。また、円弧面２０ｂである一対の端面２０は、セル３１の軸方向に平行な四つの側面２１で連結されており、これらの側面２１は平面２１ａである。平面２１ａは長方形であり、長辺の方向がセル３１の軸方向と一致している。

このような形状は、例えば、セル３１の軸方向に対して直交する断面の外形が正方形であり、その正方形の一辺よりセル３１の軸方向の長さが長い直方体状のハニカム構造体の二対の側面を、それぞれ対をなす一方の側面から他方の側面に向かって、中心軸が直方体の中心を通り、直径が側面の短辺よりも長く長辺よりも短い円筒でくり抜くことにより形成することができる。

第五実施形態のハニカム構造体５は、端面２０が円弧面２０ｂのみで形成された、転がり易い形状を有している。また、第一断面の外形が正方形であり、第二断面の外形が、第一断面の外形の正方形の一辺を短辺とする長方形の一対の短辺が円弧状に切り欠かれた形状である。従って、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体５は第二断面を設置面に対して平行にして配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体５は、上記のように直方体状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形された従来のハニカム構造体から製造することができる。

第六実施形態のハニカム構造体６は、図７に示すように、一対の端面２０のそれぞれが、セル３１の軸方向に対して直交している平面２０ａと、平面２０ａの外周に連結された円弧面２０ｂから形成されている形状である。一対の端面２０それぞれにおける円弧面２０ｂは、軸方向に平行な四つの側面２１で連結されており、これらの側面２１は平面２１ａである。平面２１ａは長方形であり、短辺の方向がセル３１の軸方向と一致している。また、ハニカム構造体６は平面視の外形が正方形であり、正面視及び側面視の外形は、平面視の正方形の一辺を長辺とする長方形の各頂点が、円弧状に切り欠かれた形状である。なお、ハニカム構造体６では、端面２０における平面２０ａの面積が、側面２１である平面２１ａよりも大きい。

このような形状は、例えば、セル３１の軸方向に対して直交する断面の外形が正方形であり、その正方形の一辺よりセル３１の軸方向の長さが短い直方体状のハニカム構造体の二対の側面を、それぞれ対をなす一方の側面から他方の側面に向かって、中心軸が直方体の中心を通り、側面の長辺よりも僅かに長い（例えば、＋１ｍｍ〜＋５ｍｍ）直径の円筒でくり抜いて形成することができる。

第六実施形態のハニカム構造体６は、端面２０の外周縁部が円弧面２０ｂで形成された転がり易い形状を有している。また、第一断面の外形は正方形であり、第二断面の外形が、第一断面の外形である正方形の一辺を長辺とする長方形の各頂点が円弧状に切り欠かれた形状であるため、第一断面の面積が第二断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体６は第一断面を設置面に対して平行に配置され易い。また、端面２０における平面２０ａの面積が側面２１である平面２１ａよりも大きいことから、平面２０ａが設置面に当接する状態で配置され易い。従って、ハニカム構造体６は、セル３１の軸方向が設置面に対して直交方向に自ずと揃い易い。加えて、ハニカム構造体６は、上記のように直方体状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形された従来のハニカム構造体から製造することができる。

第七実施形態のハニカム構造体７は、図８に示すように、一対の端面２０のそれぞれが、セル３１の軸方向に対して直交している平面２０ａと、平面２０ａの外周に連結された円弧面２０ｂから形成されている形状である。一対の端面２０それぞれにおける円弧面２０ｂは、四つの側面２１で連結されており、これらの側面２１は、外周側に隔壁を有さないセル３１が開口している円弧面２１ｄである。また、ハニカム構造体７は平面視の外形が正方形であり、正面視及び側面視の外形は、平面視の正方形の一辺を長辺とする長方形の短辺が、円弧状に切り欠かれた形状である。

このような形状は、例えば、セル３１の軸方向に対して直交する断面の外形が正方形であり、その正方形の一辺よりセル３１の軸方向の長さが短い直方体状のハニカム構造体の二対の側面を、それぞれ対をなす一方の側面から他方の側面に向かって、中心軸が直方体の中心を通り、側面の長辺よりも短く短辺より長い直径の円筒でくり抜くことにより形成することができる。

第七実施形態のハニカム構造体７は、端面２０の外周縁部が円弧面２０ｂで形成され、側面２１が円弧面２１ｄのみから形成された転がり易い形状を有している。また、第一断面の外形が正方形であり、第二断面の外形が、第一断面の外形である正方形の一辺を長辺とする長方形の短辺が円弧状に切り欠かれた形状であるため、第一断面の面積が第二断面より大きい。このため、ハニカム構造体７は第一断面を設置面に対して平行に配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して直交方向に自ずと揃い易い。加えて、ハニカム構造体７は、上記のように直方体状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形された従来のハニカム構造体から製造することができる。

第八実施形態のハニカム構造体８は、図９に示すように、一対の端面２０がそれぞれ円弧面２０ｂのみから形成されている形状である。また、円弧面２０ｂである一対の端面２０を連結している側面２１は、一つの閉じた湾曲面２１ｅによって形成されている。

より詳細には、ハニカム構造体８は、端面２０を真上から見た平面視の外形が楕円形であり、正面視の外形が平面視の外形である楕円形の長径と長辺の長さが等しい長方形であり、側面視の外形が、正面視の外形である長方形の短辺と直径が等しい円が、平面視の外形である楕円形の短径と等しい幅となるよう両外側が切り欠かれた形状である。

このような形状は、例えば、端面が楕円形である楕円柱状のハニカム構造体の側面を、楕円形の短径と直交する方向に、楕円形断面の短径よりも長く楕円柱の高さより短い直径の円筒でくり抜いて形成することができる。この場合、側面２１の湾曲面２１ｅの湾曲は、元となる楕円柱状のハニカム構造体における楕円形断面の外形の湾曲があらわれたものである。

第八実施形態のハニカム構造体８は、端面２０が円弧面２０ｂのみから形成され、側面２１の全体が一つの湾曲面２１ｅである転がり易い形状を有している。また、第二断面の外形が長方形であり、第一断面の外形が、第二断面の長方形の長辺と長径が等しい楕円形である。従って、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体９は第二断面を設置面に対して平行に配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体８は、上記のように楕円柱状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形されたハニカム構造体から製造することができる。

第九実施形態のハニカム構造体９は、図１０に示すように、一対の端面２０がそれぞれ円弧面２０ｂのみから形成されている形状である。また、円弧面２０ｂである一対の端面２０を連結している側面２１は、一対の湾曲面２１ｆと、一対の湾曲面２１ｆを連結している、外周壁に隔壁を有さないセル３１が開口している一対の円弧面２１ｄによって形成されている。

より詳細には、ハニカム構造体９は、側面視の外形が、長辺の方向が軸方向と平行である長方形であり、正面視の外形が、正面視の外形である長方形の長辺と直径が等しい円形であり、端面２０を真上から見た平面視の外形が、短径が側面視の外形である長方形の短辺と等しい楕円形が長径方向で、正面視の外形である円の直径と等しい幅となるように両外側が切り欠かれた形状である。

このような形状は、例えば、端面が楕円形である楕円柱状のハニカム構造体の側面を、長径と直交する方向に、楕円形断面の長径より短く、且つ楕円柱の高さより短い直径の円筒でくり抜いて形成することができる。この場合、一対の湾曲面２１ｆの湾曲は、元となる楕円柱状のハニカム構造体における楕円形断面の外形の湾曲があらわれたものである。

第九実施形態のハニカム構造体９は、端面２０が円弧面２０ｂのみから形成され、側面２１も円弧面２１ｄと湾曲面２１ｆのみから形成された転がり易い形状を有している。また、第二断面の外形が円形であり、第一断面の外形が、楕円形が長径方向で第二断面の外形である円の直径と等しい幅となるように切り欠かれた形状である。従って、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体９は第二断面を設置面に対して平行に配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体９は、上記のように楕円柱状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形されたハニカム構造体から製造することができる。

第十実施形態のハニカム構造体１０は、図１１に示すように、一対の端面２０がそれぞれ円弧面２０ｂのみから形成されている形状である。また、円弧面２０ｂである一対の端面２０を連結している側面２１は、六つの平面２１ｇと外周壁に隔壁を有さないセル３１が開口している一対の円弧面２１ｄによって形成されている。

より詳細には、ハニカム構造体１０は、側面視の外形が円形であり、端面２０を真上から見た平面視の外形が、六角形が一つの対角線方向で側面視の外形である円の直径と等しい幅となるように両外側が切り欠かれた形状であり、正面視の外形が、平面視の外形である六角形の対向する一対の辺間の距離を短辺とし、側面視の外形である円の直径を長辺とする長方形である。

このような形状は、例えば、端面が六角形である六角柱状のハニカム構造体において対向する一対の側面を、一方の側面から他方の側面に向かって、六角形の一辺よりも長く、対角線よりも短い直径の円筒でくり抜いて形成することができる。

第十実施形態のハニカム構造体１０は、端面２０が円弧面２０ｂのみから形成されていることに加え、側面が多面で形成され面と面とのなす角が小さい転がり易い形状を有している。また、第二断面の外形が円形であり、第一断面の外形が、第二断面の円の直径と一つの対角線の長さが等しい六角形である。従って、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体１０は第二断面を設置面に対して平行に配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体１０は、上記のように六角柱状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形されたハニカム構造体から製造することができる。

第十一実施形態のハニカム構造体１１は、図１１に示すように、一対の端面２０がそれぞれ円弧面２０ｂのみから形成されている形状である。また、円弧面２０ｂである一対の端面２０を連結している側面２１は、八つの平面２１ｇと外周壁に隔壁を有さないセル３１が開口している一対の円弧面２１ｄによって形成されている。

より詳細には、ハニカム構造体１１は、側面視の外形が円形であり、端面２０を真上から見た平面視の外形が、八角形が、一つの対角線方向で側面視の外形である円の直径と等しい幅となるように両外側が切り欠かれた形状であり、正面視の外形が、長辺の長さが平面視の外形である八角形の切り欠かれていない対角線と等しく、短辺の長さが側面視の外形である円の直径と等しい長方形である。

このような形状は、例えば、端面が八角形である八角柱状のハニカム構造体において対向する一対の側辺のうち一方の側辺から対角の側辺に向かって、その側辺を径方向とすると共に、八角形の一辺よりも長く、対角線よりも短い直径の円筒でくり抜いて形成することができる。

第十一実施形態のハニカム構造体１１は、端面２０が円弧面２０ｂのみから形成されていることに加え、側面が多面で形成され面と面とのなす角が小さいた転がり易い形状を有している。また、第二断面の外形が長方形であり、第一断面の外形が、第二断面の長方形の長辺と一つの対角線の長さが等しい八角形である。従って、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体１１は第二断面を設置面に対して平行に配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体１１は、上記のように八角柱状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形されたハニカム構造体から製造することができる。

第十二実施形態のハニカム構造体１２は、図１３に示すように、一対の端面２０のそれぞれが、セル３１の軸方向に対して直交している平面２０ａと、平面２０ａの外周に連結された湾曲面２０ｃから形成されている形状である。また、側面２１は、一対の円形の平面２１ａと一対のドロップ型（しずく型）の平面２１ａとが、外周側に隔壁を有さないセル３１が開口している湾曲面２１ｆで連結された形状である。端面２０の湾曲面２０ｃ、及び側面２１の湾曲面２１ｆは、何れも外側に向かって凸となるように連続的に湾曲している湾曲面である。

より詳細には、ハニカム構造体１２は、側面視の外形が正方形であり、正面視と平面視の外形が、正面視の外形である正方形と一辺の長さが等しい正方形の四つの頂点が、それぞれ円弧ではない曲線で切り欠かれた形状である。

このような形状は、例えば、立方体のハニカム構造体から形成することができる。具体的には、図１４に示すように、立方体形状のハニカム構造体１１０の一対の側面２１を、一対の側面２１と直交し立方体の中心を通る軸Ｐを回転軸として、外側に向かって凸となるように連続的に湾曲している湾曲面を有する椀状の刃体（一点鎖線参照）を回転させ研削することにより、形成することができる。このような刃体は、回転体であれば湾曲の度合いは任意である。

第十二実施形態のハニカム構造体１２は、端面２０の外周縁部が湾曲面２０ｃから形成され、側面２１にも湾曲面２１ｆを有する転がり易い形状である。また、第二断面の外形が正方形であり、第一断面の外形が、第二断面の正方形と一辺の長さが等しい正方形の四つの頂点が円弧ではない曲線でそれぞれ切り欠かれた形状である。従って、第二断面の面積が第一断面よりも大きい。このため、ハニカム構造体１２は第二断面を設置面に対して平行に配置され易く、セル３１の軸方向が設置面に対して自ずと平行に揃い易い。加えて、ハニカム構造体１２は、上記のように立方体形状のハニカム構造体から形成できるため、押出成形により成形された従来のハニカム構造体から製造することができる。なお、元となるハニカム構造体が直方体であっても、同様に端面の外周縁部に湾曲面を有するハニカム構造体を得ることができる。

上記のように、第一実施形態〜第十二実施形態のハニカム構造体１〜１２は、何れも端面の少なくとも外周縁部が湾曲面から形成されており、転がり易い形状を有している。このため、多数のハニカム構造体を設置場所に投入するなど乱雑に配置したとしても、個々のハニカム構造体が転がり、自ずとデッドスペースが小さくなるように充填され易い。

また、ハニカム構造体１〜１１は、何れも押出成形により成形された単一断面形状のハニカム構造体を、一方向または二方向から円筒でくり抜くことにより、容易に製造することができる。

更に、ハニカム構造体１〜１２では、第一断面と第二断面の面積が非同一であるため、面積の大きい方の断面が設置面に対して平行となるように配置され易い。これにより、多数のハニカム構造体を投入するなど乱雑に配置しても、セルの軸方向とガスを流通させる方向とが揃い易く、圧力損失を低減してガスを流通させることができる。

なお、ハニカム構造体１〜１２は、ハニカム構造を有する基体を炭化珪素質セラミックス焼結体で形成することができる。また、基体の表面に、加熱により珪酸系ガラスとなる酸化防止層を形成してもよい。このようにすることにより、酸化を有効に抑制しつつ、耐熱衝撃性に優れる炭化珪素の利点を活かして、酸素の存在する雰囲気下で高温に加熱される構造体として、ハニカム構造体１〜１２を使用することができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、第一実施形態、及び第四実施形態〜第七実施形態では、立方体や直方体のハニカム構造体を円筒でくり抜いて形成される形状を種々示したが、これらは、元となる立方体または直方体の側面の短辺（立方体の場合は一辺の長さ）より長く対角線より短い直径の円筒で、直交する二方向から側面をくり抜いた形状に包含される。

また、立方体状や円柱状のハニカム構造体を円筒でくり抜く方向は二方向に限らず、三方向以上からくり抜いてもよい。例えば、ハニカム構造体１を製造する場合と同様に、立方体状のハニカム構造体の二対の側面を互いに直交する二方向へ円筒でくり抜いた後、これらの方向とそれぞれ４５度の角度で交差する二方向から、更に立方体の一辺よりも僅かに長い直径の円筒でくり抜くことができる。つまり、ハニカム構造体１の正方形である第一断面の四つの角が、角を形成する二辺に対して４５度の直線でそれぞれ切断された形状となり、角を形成する二辺のなす角が大きくなるため、より転がり易い形状となる。更に、上記の実施形態ではセルの断面形状が四角形の場合を例示したが、これに限定されるものではなく、三角形や六角形などの多角形とすることができる。

また、ハニカム構造体１〜１１の製造方法の例示として、円筒でくり抜かれる元のハニカム構造体の断面形状が、正方形、円形、楕円形、六角形、八角形の場合を例示したが、例示した以外の多角形の断面を有するハニカム構造体を、同様に側面を円筒でくり抜くことによっても、端面の少なくとも一部に円弧面を有するハニカム構造体を得ることができる。加えて、第十実施形態では六角柱状のハニカム構造体の一対の側面を一方の側面から他方の側面に向かってくり抜く場合を示したが、一対の対向する側辺のうちの一方から対角の側辺に向かってくり抜いても良い。また、第十一実施形態では八角柱状のハニカム構造体を一対の対向する側辺のうちの一方から対角の側辺に向かってくり抜く場合を示したが、対向する一対の側面を一方の側面から他方の側面に向かってくり抜いても良い。

更に、上記のハニカム構造体２〜１１では、何れも端面２０が円弧面のみからなる場合を例示したが、例えば、元となる円柱状、楕円柱状、多角柱状のハニカム構造体の側面を、その高さより長い（例えば、＋１ｍｍ〜＋５ｍｍ）直径の円筒でくり抜くことにより、平面の外周に円弧面が連結された端面を有するハニカム構造体が形成される。

なお、上記では、ハニカム構造体１〜１２の製造方法の例示として、立方体状、円柱状、楕円柱状、六角柱状、及び八角柱状のハニカム構造体を円筒でくり抜いて、ハニカム構造体１〜１１を製造する場合、湾曲面を有する刃体を回転させてハニカム構造体１２を製造する場合を例示したが、製造方法はこれらに限定されず、同じ形状のハニカム構造体を、ＮＣ加工装置による三次元加工により製造することができる。

加えて、本発明のハニカム構造体の用途は、リジェネバーナの蓄熱体に限定されるものではない。例えば、太陽熱発電用の蓄熱体などリジェネバーナ用以外の蓄熱体として使用することができる。また、浄水用フィルタや、排ガス処理用のフィルタなど、ろ過材として本発明のハニカム構造体を使用することができる。

１〜１２ ハニカム構造体
２０ 端面
２０ａ 平面（端面）
２０ｂ 円弧面（端面）
２０ｃ 湾曲面（端面）
２１ 側面
２１ａ 平面（側面）
２１ｂ 円弧面（側面）
２１ｃ 円弧面（側面）
２１ｄ 円弧面（側面）
２１ｅ 湾曲面（側面）
２１ｆ 湾曲面（側面）
３０ 隔壁
３１ セル

上記の課題を解決するため、本発明にかかるハニカム構造体は、「単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体であって、セルが開口している端面の少なくとも外周縁部が湾曲面で形成されており、該湾曲面は、径が同一の円弧の連続により形成される曲面である円弧面、及び、円弧面以外の湾曲面であり外側に向かって凸となるように連続的に湾曲している面、の何れかのみからなる」のものである。

Claims (5)

1. 単一の軸方向に延びて列設された隔壁により区画された複数のセルを備えるハニカム構造体であって、
   セルが開口している端面の少なくとも外周縁部が湾曲面で形成されている
   ことを特徴とするハニカム構造体。
2. 前記ハニカム構造体の中心と交差し、前記軸方向と直交する第一断面の面積と、前記ハニカム構造体の中心と交差し、前記軸方向と平行である任意の断面のうち最も面積が大きい第二断面の面積とが、非同一である
   ことを特徴とする請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 蓄熱式バーナ装置の熱交換部に蓄熱体として充填されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハニカム構造体。
4. ハニカム構造を有する基体は、炭化珪素質セラミックス焼結体で形成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載のハニカム構造体。
5. 前記基体の表面に、加熱により珪酸系ガラスとなる酸化防止層が形成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のハニカム構造体。

Images