JP6608598B2 - Manufacturing method of honeycomb structure - Google Patents

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Description

本発明はハニカム構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a honeycomb structure.

一般的に、空気予熱装置における熱交換器の性能は、熱交換する気体に接する伝熱面の面積に大きく依存し、伝熱面の面積が大きいほど熱交換器の熱交換性能が優れ、高温の予熱空気が得られる。そのため、熱交換器の熱交換エレメントには、微細構造を有し且つ耐熱性に優れることが求められる。
特許文献1には、微細構造を有し且つ耐熱性に優れるセラミックハニカム構造体を熱交換器の熱交換エレメントとして用いた空気予熱装置が記載されている。また、特許文献2には、微細構造を有し且つ外周面が外周被覆剤で被覆されたセラミックハニカム構造体を基体として用いたフィルタが記載されている。さらに、特許文献3には、微細構造を有し且つ表面が触媒被覆層で被覆されたセラミックハニカム構造体を抵抗体として用いた発熱体が記載されている。
In general, the performance of a heat exchanger in an air preheating device largely depends on the area of the heat transfer surface in contact with the gas to be heat exchanged. The larger the area of the heat transfer surface, the better the heat exchange performance of the heat exchanger, The preheated air can be obtained. Therefore, the heat exchange element of the heat exchanger is required to have a fine structure and be excellent in heat resistance.
Patent Document 1 describes an air preheating device using a ceramic honeycomb structure having a fine structure and excellent heat resistance as a heat exchange element of a heat exchanger. Patent Document 2 describes a filter using as a substrate a ceramic honeycomb structure having a fine structure and having an outer peripheral surface coated with an outer peripheral coating agent. Furthermore, Patent Document 3 describes a heating element using a ceramic honeycomb structure having a fine structure and having a surface coated with a catalyst coating layer as a resistor.

しかしながら、特許文献1〜3に記載のセラミックハニカム構造体は、微細構造を有し且つ高温下での使用が可能であるものの、一般的にセラミックハニカム構造体は多孔質セラミックで構成されているため、セラミックハニカム構造体のセルを区画する隔壁を気体が透過するおそれがあった。したがって、特許文献1〜3に記載のセラミックハニカム構造体を、2種の気体の間で熱交換を行う熱交換器の熱交換エレメントとして用いると、2種の気体が隔壁を透過して混合してしまうので、熱交換器としての機能が低下するおそれがあった。   However, although the ceramic honeycomb structures described in Patent Documents 1 to 3 have a fine structure and can be used at high temperatures, the ceramic honeycomb structures are generally made of a porous ceramic. There was a risk that gas could permeate through the partition walls defining the cells of the ceramic honeycomb structure. Therefore, when the ceramic honeycomb structure described in Patent Documents 1 to 3 is used as a heat exchange element of a heat exchanger that performs heat exchange between two types of gases, the two types of gases permeate the partition walls and mix. Therefore, the function as a heat exchanger may be deteriorated.

特許文献2,3には、多孔質セラミックで構成されたセラミックハニカム構造体の隔壁の表面を被覆する技術が開示されているが、特許文献2においては、高温下で使用された際に発生する熱応力を緩和する目的で外周被覆剤が被覆されており、また、特許文献3においては、高温下で使用された際の酸化を防ぐ目的で触媒被覆層が被覆されているので、気体の透過を防止する機能は不十分であった。   Patent Documents 2 and 3 disclose a technique for coating the surface of the partition walls of a ceramic honeycomb structure made of a porous ceramic. However, in Patent Document 2, this occurs when used at high temperatures. In order to relieve thermal stress, the outer periphery coating agent is coated, and in Patent Document 3, the catalyst coating layer is coated for the purpose of preventing oxidation when used under high temperature. The function to prevent was insufficient.

特開2012−193946号公報JP 2012-193946 A 特開2011−84448号公報JP 2011-84448 A 特開平9−306644号公報JP-A-9-306644

そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、気体の透過が生じにくいハニカム構造体の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention solves the problems of the prior art as described above, and its object is to provide a method for producing transmission hardly occurs honeycomb structure of the gas.

前記課題を解決するため、本発明の一態様に係るハニカム構造体は、セラミック製の隔壁で多角柱状に区画されたセルの複数がハニカム状に配列された基体を有し、該複数のセルの一部に高温のガスを導入し、他部に低温のガスを導入して、前記高温のガスと前記低温のガスとの間で連続的に熱交換を行う熱交換エレメントに用いるハニカム構造体であって、前記隔壁の表面に被覆されたガラス層を備え、前記ガラス層の質量は前記基体の質量の20質量%以上であることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a honeycomb structure according to one embodiment of the present invention includes a substrate in which a plurality of cells partitioned in a polygonal column by ceramic partition walls are arranged in a honeycomb shape, and the plurality of cells A honeycomb structure used in a heat exchange element that introduces a high-temperature gas in a part and introduces a low-temperature gas in another part and continuously exchanges heat between the high-temperature gas and the low-temperature gas. And a glass layer coated on the surface of the partition wall, wherein the mass of the glass layer is 20% by mass or more of the mass of the substrate.

このハニカム構造体においては、前記ガラス層の厚さは、前記セルの軸方向端部に開口する多角形状の開口部が有する最小の辺の長さの10%以下であってもよい。
また、前記ガラス層は、セラミック粉末を含有する表面処理液を前記隔壁の表面に配した後に熱処理を施す表面処理により形成されたものであり、前記表面処理液の粘度は60mPa・s以下であってもよい。そして、前記熱処理の温度は1000℃以上1300℃以下としてもよい。
さらに、このハニカム構造体においては、前記ガラス層をシリカ及びアルミナの少なくとも一方で構成してもよい。さらに、このハニカム構造体においては、前記隔壁を構成するセラミックを炭化ケイ素としてもよい。
In this honeycomb structure, the thickness of the glass layer may be 10% or less of the minimum side length of the polygonal opening that opens at the axial end of the cell.
Further, the glass layer is formed by a surface treatment in which a surface treatment liquid containing ceramic powder is disposed on the surface of the partition wall and then subjected to a heat treatment, and the viscosity of the surface treatment liquid is 60 mPa · s or less. May be. And the temperature of the said heat processing is good also as 1000 to 1300 degreeC.
Furthermore, in this honeycomb structure, the glass layer may be composed of at least one of silica and alumina. Furthermore, in this honeycomb structure, the ceramic constituting the partition may be silicon carbide.

本発明に係るハニカム構造体は、基体の隔壁の表面にガラス層が被覆され、ガラス層の質量が基体の質量の20質量%以上であるため、気体の透過が生じにくい。   In the honeycomb structure according to the present invention, since the glass layer is coated on the surface of the partition walls of the substrate, and the mass of the glass layer is 20% by mass or more of the mass of the substrate, gas permeation hardly occurs.

本発明に係るハニカム構造体の一実施形態を示す図であり、(a)は全体の斜視図、(b)は部分拡大図((a)の丸で囲んだ部分の拡大図)である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows one Embodiment of the honeycomb structure which concerns on this invention, (a) is a whole perspective view, (b) is a partial enlarged view (enlarged view of the part enclosed with the circle of (a)). ガラス層を説明する拡大図である。It is an enlarged view explaining a glass layer. ガラス層の質量とハニカム構造体の通気抵抗値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the mass of a glass layer, and the ventilation resistance value of a honeycomb structure. ガラス層の質量とハニカム構造体の気体透過率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the mass of a glass layer, and the gas permeability of a honeycomb structure. 表面処理液の粘度とハニカム構造体の嵩比重及びガラス層の厚さとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the viscosity of a surface treatment liquid, the bulk specific gravity of a honeycomb structure, and the thickness of a glass layer. 熱交換エレメントとして用いられるハニカム構造体の細部を拡大して示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which expand and show the detail of the honeycomb structure used as a heat exchange element.

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図1に示すハニカム構造体1は、多孔質セラミック製の隔壁2aで四角柱状に区画されたセル10(一辺の長さは例えば1mm以上10mm以下)の複数がハニカム状に配列された基体2を備えている。詳述すると、基体2は、複数のセル10が縦方向及び横方向に隙間なく並べられて格子状をなす構造を有している。
なお、セル10の形状は四角柱状に限定されるものではなく、隙間なく並べて空間充填が可能な形状であれば、どのような形状でも適用可能である。例えば、三角柱状や六角柱状でもよい。また、四角柱状の場合でも、セル10の断面形状は、図1に示すような正方形に限定されるものではなく、長方形、平行四辺形等の形状も適用可能である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
A honeycomb structure 1 shown in FIG. 1 includes a substrate 2 in which a plurality of cells 10 (the length of one side is, for example, 1 mm or more and 10 mm or less) partitioned in a rectangular column shape by partition walls 2a made of a porous ceramic. I have. More specifically, the substrate 2 has a structure in which a plurality of cells 10 are arranged in the vertical direction and the horizontal direction without gaps to form a lattice shape.
Note that the shape of the cell 10 is not limited to a quadrangular prism shape, and any shape can be applied as long as it is a shape that can be arranged in a space without gaps. For example, a triangular prism shape or a hexagonal prism shape may be used. Even in the case of a quadrangular prism, the cross-sectional shape of the cell 10 is not limited to a square as shown in FIG. 1, and a shape such as a rectangle or a parallelogram is also applicable.

また、隔壁2aを構成するセラミック(すなわち、基体2を構成するセラミック)の種類は特に限定されるものではなく、炭化ケイ素、シリカ、ガラス、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ハフニア、イットリア、ランタナ等のセラミックのうち1種を単独で使用することができるし、あるいは2種以上を併用することもできる。これらの中では、耐熱性に優れることから、炭化ケイ素が好ましい。
このハニカム構造体1は、下記に示す処理を基体2に施すことにより基体2の表面(隔壁2aの表面)に被覆されたガラス層3を備えている(図2を参照)。すなわち、セラミック粉末を含有する表面処理液を基体2の隔壁2aの表面に例えば膜状に配した後に熱処理を施す表面処理を行うことにより、基体2の隔壁2aの表面にガラス層3が形成されている。表面処理液を基体2の表面に配する方法は特に限定されるものではなく、浸漬、スプレー、塗布等があげられる。
Further, the type of ceramic constituting the partition 2a (that is, the ceramic constituting the substrate 2) is not particularly limited, and silicon carbide, silica, glass, alumina, silicon nitride, boron nitride, magnesia, zirconia, titania, Among ceramics such as hafnia, yttria, and lantana, one kind can be used alone, or two or more kinds can be used in combination. In these, since it is excellent in heat resistance, silicon carbide is preferable.
The honeycomb structure 1 includes a glass layer 3 coated on the surface of the substrate 2 (the surface of the partition walls 2a) by performing the following treatment on the substrate 2 (see FIG. 2). That is, the glass layer 3 is formed on the surface of the partition wall 2a of the base body 2 by performing a surface treatment in which a surface treatment liquid containing ceramic powder is disposed on the surface of the partition wall 2a of the base body 2 in the form of a film and then heat-treated. ing. The method for disposing the surface treatment liquid on the surface of the substrate 2 is not particularly limited, and examples include dipping, spraying, and coating.

基体2を構成する多孔質セラミックに表面処理を施すと、表面処理液中のセラミック粉末がガラス化して流動化し、多孔質セラミックの気孔内に浸透し硬化して気孔を塞ぐとともに、隔壁2aの表面を覆って硬化し、ガラス層3となる。そして、このガラス層3は、ガラス層3の質量が基体2の質量の20質量%以上となるように形成されている。
このように、ガラス層3で気孔が塞がれるとともに隔壁2aの表面が被覆されているので、ハニカム構造体1の気体透過率が低くなり、セル10中の気体が隔壁2aを透過して隣接するセル10に漏洩することが抑制される。ガラス層3の質量が基体2の質量の20質量%以上であれば、十分な量のガラス層3が隔壁2aの表面に被覆されているため、セル10中の気体が隔壁2aを透過して隣接するセル10に漏洩することが防止される。
When the surface treatment is performed on the porous ceramic constituting the substrate 2, the ceramic powder in the surface treatment liquid is vitrified and fluidized, penetrates into the pores of the porous ceramic and hardens to close the pores, and the surface of the partition wall 2 a The glass layer 3 is cured by covering. And this glass layer 3 is formed so that the mass of the glass layer 3 may be 20 mass% or more of the mass of the base 2.
As described above, since the pores are closed by the glass layer 3 and the surface of the partition wall 2a is covered, the gas permeability of the honeycomb structure 1 is lowered, and the gas in the cell 10 passes through the partition wall 2a and is adjacent. Leaking into the cell 10 is suppressed. If the mass of the glass layer 3 is 20% by mass or more of the mass of the substrate 2, a sufficient amount of the glass layer 3 is coated on the surface of the partition wall 2a, so that the gas in the cell 10 passes through the partition wall 2a. Leakage to adjacent cells 10 is prevented.

ただし、ガラス層3の質量が多すぎると、セル10の目詰まりが生じるおそれがある。すなわち、セル10の軸方向端部に開口する正方形状の開口部10aが、ガラス層3により閉塞するおそれがある。セル10の目詰まりを防止するためには、ガラス層3の厚さTを、セル10の開口部10aが有する各辺のうち最小の辺の長さL(本実施形態の場合は、開口部10aの形状は正方形であり、全ての辺の長さが同一であるので、一辺の長さ)の10%以下とすることが好ましく、5%以下とすることがより好ましい(図2を参照)。   However, if the glass layer 3 has too much mass, the cell 10 may be clogged. That is, the glass-shaped layer 3 may block the square opening 10 a that opens at the end of the cell 10 in the axial direction. In order to prevent clogging of the cell 10, the thickness T of the glass layer 3 is set to the minimum side length L of each side of the opening 10 a of the cell 10 (in this embodiment, the opening Since the shape of 10a is a square and the lengths of all sides are the same, it is preferably 10% or less of the length of one side), more preferably 5% or less (see FIG. 2). .

ガラス層3の厚さTを上記のような範囲とすれば、セル10の目詰まりを防止しつつ気体透過率が低いハニカム構造体1を得ることができる。また、ガラス層3に厚みムラが生じにくく、均一な厚さのガラス層3を形成することができる。例えば、ガラス層3の厚さTが開口部10aが有する最小の辺の長さLの15%以上であると、ガラス層30の厚みムラによりセル10に目詰まりが生じて閉塞し、全セルの20%程度が閉塞する。ガラス層3の厚さTが開口部10aが有する最小の辺の長さLの10%以下であれば、セル10の閉塞は発生しにくい。   When the thickness T of the glass layer 3 is in the above range, the honeycomb structure 1 having a low gas permeability can be obtained while preventing the cells 10 from being clogged. Further, the glass layer 3 is less likely to be uneven in thickness, and the glass layer 3 having a uniform thickness can be formed. For example, when the thickness T of the glass layer 3 is 15% or more of the minimum side length L of the opening 10a, the cell 10 is clogged due to the uneven thickness of the glass layer 30, and all the cells are blocked. About 20% of the obstruction occurs. If the thickness T of the glass layer 3 is 10% or less of the minimum side length L of the opening 10a, the cell 10 is hardly blocked.

そして、このようなハニカム構造体1を熱交換器の熱交換エレメントとして使用すれば、各セル10に均等に空気及び排気ガスを通気できるとともに、セル10に空気及び排気ガスを通気する際の圧力損失を小さくすることができる。
ガラス層3の質量や厚さTは、表面処理を施す回数や表面処理に用いる表面処理液の粘度によって制御することができる。例えば、表面処理液の粘度は60mPa・s以下であることが好ましい。そうすれば、表面処理液が多孔質セラミックの気孔内に容易に浸透するため、隔壁2aの表面に形成されるガラス層3の質量が大きくなりやすく、質量が基体2の質量の20質量%以上であるガラス層3を容易に形成することができる。また、隔壁2aの表面に形成されるガラス層3の厚さを小さくできるので、セル10の目詰まりを防止しつつ気体透過率が低いハニカム構造体1を得ることができる。
If such a honeycomb structure 1 is used as a heat exchange element of a heat exchanger, air and exhaust gas can be evenly vented to each cell 10, and pressure when air and exhaust gas are vented to the cell 10. Loss can be reduced.
The mass and thickness T of the glass layer 3 can be controlled by the number of times of surface treatment and the viscosity of the surface treatment liquid used for the surface treatment. For example, the viscosity of the surface treatment liquid is preferably 60 mPa · s or less. Then, since the surface treatment liquid easily penetrates into the pores of the porous ceramic, the mass of the glass layer 3 formed on the surface of the partition wall 2a tends to be large, and the mass is 20% by mass or more of the mass of the base 2 The glass layer 3 can be easily formed. Further, since the thickness of the glass layer 3 formed on the surface of the partition wall 2a can be reduced, the honeycomb structure 1 having a low gas permeability can be obtained while preventing the cells 10 from being clogged.

なお、熱処理の温度は、1000℃以上1300℃以下であることが好ましい。1000℃以上であれば、ガラス化したセラミック粉末の流動性が高くなるので、気孔内に浸透しやすくなる。また、1300℃以下であれば、ガラス化したセラミック粉末の発泡を抑制することができるので、発泡によるセル10の目詰まりが抑制される。
また、表面処理液の組成は、セラミック粉末と溶媒であり、必要に応じて増粘剤、界面活性剤(分散剤)、解膠剤、流動点降下剤等の添加剤を添加してもよい。溶媒の種類は特に限定されるものではないが、水や、イソプロピルアルコール、エタノール等の有機溶剤があげられる。
Note that the temperature of the heat treatment is preferably 1000 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. If it is 1000 degreeC or more, since the fluidity | liquidity of the vitrified ceramic powder will become high, it will become easy to osmose | permeate in a pore. Moreover, if it is 1300 degrees C or less, since foaming of the vitrified ceramic powder can be suppressed, the clogging of the cell 10 by foaming is suppressed.
The composition of the surface treatment liquid is ceramic powder and a solvent, and additives such as thickeners, surfactants (dispersing agents), peptizers and pour point depressants may be added as necessary. . Although the kind of solvent is not specifically limited, Organic solvents, such as water, isopropyl alcohol, and ethanol, are mention | raise | lifted.

さらに、表面処理液中のセラミック粉末の濃度は特に限定されるものではないが、20質量%以上60質量%以下とすることが好ましい。
さらに、セラミック粉末の平均粒径は特に限定されるものではないが、0.1μm以上200μm以下とすることが好ましい。
さらに、表面処理液に含まれるセラミック粉末の種類は特に限定されるものではなく、シリカ、ガラス、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ハフニア、イットリア、ランタナ等のセラミックのうち1種を単独で使用することができるし、あるいは2種以上を併用することもできる。これらの中では、シリカ及びアルミナの少なくとも一方を使用することが好ましく、シリカを使用することがより好ましい。セラミック粉末としてシリカを用いれば、ガラス層3はシリカで構成される珪酸ガラス層となる。
Furthermore, although the density | concentration of the ceramic powder in a surface treatment liquid is not specifically limited, It is preferable to set it as 20 to 60 mass%.
Furthermore, the average particle diameter of the ceramic powder is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 200 μm or less.
Furthermore, the kind of ceramic powder contained in the surface treatment liquid is not particularly limited, and ceramics such as silica, glass, alumina, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, magnesia, zirconia, titania, hafnia, yttria, lantana, etc. Of these, one can be used alone, or two or more can be used in combination. Among these, it is preferable to use at least one of silica and alumina, and it is more preferable to use silica. If silica is used as the ceramic powder, the glass layer 3 becomes a silicate glass layer composed of silica.

ここで、ガラス層の質量とハニカム構造体の通気抵抗値及び気体透過率との関係を、図3,4のグラフに示す。なお、ハニカム構造体を構成するセラミックの種類は炭化ケイ素であり、ガラス層を構成するセラミックの種類はシリカ(表面処理液に含まれるセラミック粉末の種類はシリカ)である。
また、気体透過率とは、ハニカム構造体のセルの隔壁を透過してセル内からセル外に出る気体の量の比率である。この気体透過率は、ハニカム構造体のセル内に気体を加圧しつつ導入し(ハニカム構造体が熱交換器の熱交換エレメントとして使用される場合の圧力で気体を導入する)、セルの隔壁を透過してセル内からセル外に出た気体の量を測定することによって得ることができる。
Here, the relationship between the mass of the glass layer, the ventilation resistance value and the gas permeability of the honeycomb structure is shown in the graphs of FIGS. The type of ceramic constituting the honeycomb structure is silicon carbide, and the type of ceramic constituting the glass layer is silica (the type of ceramic powder included in the surface treatment liquid is silica).
The gas permeability is the ratio of the amount of gas that passes through the partition walls of the cells of the honeycomb structure and goes out of the cells. This gas permeability is introduced by pressurizing gas into the cells of the honeycomb structure (introducing gas at a pressure when the honeycomb structure is used as a heat exchange element of the heat exchanger), It can be obtained by measuring the amount of gas that has permeated and exited the cell.

さらに、通気抵抗値とは、気体の透過しやすさを示す数値であり、図3のグラフにおいては、ガラス層の質量が基体の質量の5質量%以下であるハニカム構造体の気体の透過しやすさを1とした場合の相対値で示してある。この通気抵抗値は、ハニカム構造体のセル内に高圧の気体を導入し、セルの隔壁を透過してセル内からセル外に出た気体の量を測定することによって得ることができる。
図3のグラフから、ガラス層の質量の増加とともに通気抵抗値が増加し、ガラス層の質量を基体の質量の20質量%以上とすれば、通気抵抗値が極めて高く、気体がセルの隔壁を極めて透過しにくいことが分かる。また、図4のグラフから、ガラス層の質量の増加とともに気体透過率が低下し、ガラス層の質量を基体の質量の20質量%以上とすれば、気体がセルの隔壁を透過しないことが分かる。
Further, the ventilation resistance value is a numerical value indicating the ease of gas permeation, and in the graph of FIG. 3, the gas permeation of the honeycomb structure in which the mass of the glass layer is 5% by mass or less of the mass of the substrate is shown. It is shown as a relative value when the ease is 1. This ventilation resistance value can be obtained by introducing a high-pressure gas into the cells of the honeycomb structure and measuring the amount of gas that has permeated the partition walls of the cells and exited from the cells.
From the graph of FIG. 3, when the mass of the glass layer increases, the ventilation resistance value increases. When the mass of the glass layer is 20% by mass or more of the mass of the substrate, the ventilation resistance value is extremely high, and the gas acts as a cell partition. It can be seen that it is very difficult to transmit. Further, the graph of FIG. 4 shows that the gas permeability decreases as the mass of the glass layer increases, and if the mass of the glass layer is 20% by mass or more of the mass of the substrate, the gas does not permeate the partition walls of the cell. .

次に、表面処理に用いる表面処理液の粘度とハニカム構造体の嵩比重及びガラス層の厚さとの関係を、図5のグラフに示す。なお、図5のグラフにおけるハニカム構造体の嵩比重の数値は、ガラス層を形成していないハニカム構造体の嵩比重を1とした場合の相対値で示してある。また、図5のグラフにおけるガラス層の厚さの数値は、隔壁の厚さとガラス層の厚さとの和であり、ガラス層を形成していないハニカム構造体の隔壁の厚さを1とした場合の相対値で示してある。
さらに、ハニカム構造体に形成されているガラス層の質量は、ガラス層が形成されているものについては基体の質量の20質量%である。さらに、ハニカム構造体を構成するセラミックの種類は炭化ケイ素であり、ガラス層を構成するセラミックの種類はシリカ(表面処理液に含まれるセラミック粉末の種類はシリカ)である。
Next, the relationship between the viscosity of the surface treatment liquid used for the surface treatment, the bulk specific gravity of the honeycomb structure, and the thickness of the glass layer is shown in the graph of FIG. In addition, the numerical value of the bulk specific gravity of the honeycomb structure in the graph of FIG. 5 is shown as a relative value when the bulk specific gravity of the honeycomb structure in which the glass layer is not formed is 1. In addition, the numerical value of the glass layer thickness in the graph of FIG. 5 is the sum of the partition wall thickness and the glass layer thickness. When the partition wall thickness of the honeycomb structure in which the glass layer is not formed is 1, The relative value of is shown.
Furthermore, the mass of the glass layer formed in the honeycomb structure is 20% by mass of the mass of the substrate in which the glass layer is formed. Further, the type of ceramic constituting the honeycomb structure is silicon carbide, and the type of ceramic constituting the glass layer is silica (the type of ceramic powder contained in the surface treatment liquid is silica).

図5のグラフから、表面処理液の粘度が60mPa・s以下である場合は、ハニカム構造体の嵩比重が増大し、且つ、ガラス層の厚さが小さいのに対して、表面処理液の粘度が60mPa・s超過である場合は、ハニカム構造体の嵩比重がほとんど増大せず、且つ、ガラス層の厚さが大きいことが分かる。
これは、表面処理液の粘度が60mPa・s以下である場合は、表面処理液が気孔の内部に浸透しやすく、気孔の内部にまでガラス層が形成されるため、ガラス層の厚さを薄く保ちつつ十分な質量のガラス層を形成することができ、嵩比重が増大したものと考えられる。
From the graph of FIG. 5, when the viscosity of the surface treatment liquid is 60 mPa · s or less, the bulk specific gravity of the honeycomb structure increases and the thickness of the glass layer is small, whereas the viscosity of the surface treatment liquid is small. Is over 60 mPa · s, the bulk specific gravity of the honeycomb structure is hardly increased and the thickness of the glass layer is large.
This is because when the viscosity of the surface treatment liquid is 60 mPa · s or less, the surface treatment liquid easily penetrates into the pores, and the glass layer is formed even inside the pores. It is considered that a glass layer having a sufficient mass can be formed while maintaining the bulk specific gravity.

このような本実施形態のハニカム構造体1は、気体の透過が生じにくいので、2種の気体の間で熱交換を行う熱交換器の熱交換エレメントとして好適である。以下に、本実施形態のハニカム構造体1を熱交換器の熱交換エレメントとして用いた例について、図1,6を参照しながら説明する。
本実施形態の熱交換器は、熱処理炉等のバーナに適用する排熱回収型の空気予熱装置に備えられるものである。この熱交換器は、燃料を空気によって燃焼させるバーナ(図示せず)からの燃焼気を加熱に用いた後の高温の排気ガスと、バーナに供給される低温の前記空気との間で熱交換を行って、排気ガスの持つ熱を回収するものであり、熱交換エレメントとして用いられるハニカム構造体1のセル10のうち一部に高温のガス、すなわち排気ガスが導入され、他部に低温のガス、すなわち空気が導入される。高温の排気ガスが導入される排気セル10Aと、低温の空気が導入される空気セル10Bは隣接しているため、隔壁2aを介して連続的に熱交換が行われ、空気が予熱される。以下に、さらに詳細に説明する。
Such a honeycomb structure 1 of the present embodiment is suitable as a heat exchange element of a heat exchanger that exchanges heat between two kinds of gases because gas hardly permeates. Hereinafter, an example in which the honeycomb structure 1 of the present embodiment is used as a heat exchange element of a heat exchanger will be described with reference to FIGS.
The heat exchanger of this embodiment is provided in an exhaust heat recovery type air preheating device applied to a burner such as a heat treatment furnace. This heat exchanger exchanges heat between the high-temperature exhaust gas after using combustion air from a burner (not shown) for burning fuel by air and the low-temperature air supplied to the burner. To recover the heat of the exhaust gas. A high temperature gas, that is, exhaust gas, is introduced into a part of the cells 10 of the honeycomb structure 1 used as a heat exchange element, and a low temperature is introduced into the other part. Gas, ie air, is introduced. Since the exhaust cell 10A into which the high-temperature exhaust gas is introduced and the air cell 10B into which the low-temperature air is introduced are adjacent to each other, heat is continuously exchanged via the partition wall 2a, so that the air is preheated. This will be described in more detail below.

図1,6に示すように、熱交換器の熱交換エレメントとして用いられるハニカム構造体1は、多孔質セラミック製の隔壁2aで四角柱状に区画されたセル10の複数がハニカム状に配列された基体2を備えている。詳述すると、基体2は、複数のセル10が縦方向及び横方向に隙間なく並べられて格子状をなす構造を有している。そして、基体2の隔壁2aの表面は、前記表面処理により形成されたガラス層3で被覆されている。
排気ガスが導入される排気セル10Aが横方向に一列に並べられ、排気セル列をなしている(図1のA−A断面図である図6の(a)を参照)。また、空気が導入される空気セル10Bが横方向に一列に並べられ、空気セル列をなしている(図1のB−B断面図である図6の(b)を参照)。そして、排気セル列と空気セル列とが縦方向に交互に並べられている。
As shown in FIGS. 1 and 6, the honeycomb structure 1 used as a heat exchange element of a heat exchanger has a plurality of cells 10 partitioned in a rectangular column shape by partition walls 2 a made of porous ceramics arranged in a honeycomb shape. A substrate 2 is provided. More specifically, the substrate 2 has a structure in which a plurality of cells 10 are arranged in the vertical direction and the horizontal direction without gaps to form a lattice shape. And the surface of the partition 2a of the base | substrate 2 is coat | covered with the glass layer 3 formed by the said surface treatment.
Exhaust cells 10A into which exhaust gas is introduced are arranged in a row in the horizontal direction to form an exhaust cell row (see FIG. 6A, which is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1). Moreover, the air cells 10B into which air is introduced are arranged in a row in the lateral direction to form an air cell row (see FIG. 6B, which is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1). The exhaust cell rows and the air cell rows are alternately arranged in the vertical direction.

さらに、排気セル列の両端は開口しており、バーナから排出された排気ガスは、熱交換エレメントの一端側の開口部11(図6の例では下端側の開口部11)から排気セル10Aに導入され、熱交換エレメントの他端側の開口部12(図6の例では上端側の開口部12であり、以下「排気ガス排出口」と記す)から排出されるようになっている。
なお、排気セル列の上端は、排気セル10Aの長手方向を横切るように斜め方向に切断されているため、排気セル列中の各排気セル10Aの排気ガス排出口12は、排気セル10Aの並び順に従って排気セル10Aの長手方向の順次異なる位置に配置されている(図6の(a)を参照)。また、熱交換エレメントの上端面は封止材13により封止されている。これにより、各排気セル10Aの排気ガス排出口12から排出された排気ガスは合流し、封止されている熱交換エレメントの上端面(封止材13)と各排気ガス排出口12との間に形成された排気合流路14を通って、排気セル列の側面に設けられた共通排出口15から排出されるようになっている。
Further, both ends of the exhaust cell row are open, and the exhaust gas discharged from the burner is sent from the opening 11 on one end side of the heat exchange element (the opening 11 on the lower end side in the example of FIG. 6) to the exhaust cell 10A. It is introduced and discharged from the opening 12 on the other end side of the heat exchange element (the opening 12 on the upper end side in the example of FIG. 6 and hereinafter referred to as “exhaust gas discharge port”).
Since the upper end of the exhaust cell row is cut in an oblique direction so as to cross the longitudinal direction of the exhaust cell 10A, the exhaust gas discharge ports 12 of the exhaust cells 10A in the exhaust cell row are aligned with the exhaust cells 10A. The exhaust cells 10A are sequentially arranged at different positions in the longitudinal direction according to the order (see (a) of FIG. 6). The upper end surface of the heat exchange element is sealed with a sealing material 13. Thereby, the exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet 12 of each exhaust cell 10 </ b> A merges, and between the upper end surface (sealing material 13) of the sealed heat exchange element and each exhaust gas outlet 12. The exhaust gas flow path 14 is formed through a common exhaust port 15 provided on the side surface of the exhaust cell row.

一方、空気セル列の両端も開口しており、空気は、熱交換エレメントの他端側の開口部21(図6の例では上端側の開口部21)から空気セル10Bに導入されて予熱され、熱交換エレメントの一端側の開口部22(図6の例では下端側の開口部22であり、以下「空気排出口」と記す)から排出されてバーナに供給されるようになっている。
なお、空気セル列の下端は、空気セル10Bの長手方向を横切るように斜め方向に切断されているため、空気セル列中の各空気セル10Bの空気排出口22は、空気セル10Bの並び順に従って空気セル10Bの長手方向の順次異なる位置に配置されている(図6の(b)を参照)。また、熱交換エレメントの下端面は封止材23により封止されている。これにより、各空気セル10Bの空気排出口22から排出された空気は合流し、封止されている熱交換エレメントの下端面(封止材23)と各空気排出口22との間に形成された空気合流路24を通って、空気セル列の側面に設けられた共通排出口25から排出されるようになっている。
On the other hand, both ends of the air cell row are also open, and air is introduced into the air cell 10B from the opening 21 on the other end side of the heat exchange element (opening 21 on the upper end side in the example of FIG. 6) and preheated. The heat exchanging element is discharged from an opening 22 on one end side (the opening 22 on the lower end side in the example of FIG. 6 and hereinafter referred to as “air discharge port”) and supplied to the burner.
In addition, since the lower end of the air cell row is cut in an oblique direction so as to cross the longitudinal direction of the air cell 10B, the air discharge ports 22 of the air cells 10B in the air cell row are arranged in the order of the air cells 10B. Accordingly, the air cells 10B are sequentially arranged at different positions in the longitudinal direction (see FIG. 6B). The lower end surface of the heat exchange element is sealed with a sealing material 23. Thereby, the air discharged from the air discharge port 22 of each air cell 10B merges and is formed between the lower end surface (sealing material 23) of the sealed heat exchange element and each air discharge port 22. Then, the air is discharged from a common discharge port 25 provided on the side surface of the air cell row through the air combination channel 24.

このような構成により、排気ガスと空気とが、分離した別の流路を流れることとなる。そして、この流路を構成する微小なセル10A,10Bが隣接しており、しかも両セル10A,10B間の隔壁において気体透過がほとんどないので、高い効率で向流形式の熱交換を行うことが可能であり、予熱された空気を得ることができる。また、空気が排気ガスに混入することにより空気量が不十分となることがないので、バーナにおける燃料の燃焼に支障が生じにくい。さらに、熱交換エレメントがセラミックで構成されているため、耐熱性が優れており、高温下でも使用することができる。   With such a configuration, the exhaust gas and the air flow through separate flow paths. Since the minute cells 10A and 10B constituting the flow path are adjacent to each other and there is almost no gas permeation in the partition wall between the cells 10A and 10B, it is possible to perform countercurrent heat exchange with high efficiency. Yes, preheated air can be obtained. In addition, since the amount of air does not become insufficient when air is mixed into the exhaust gas, it is difficult for the burner to burn fuel. Furthermore, since the heat exchange element is made of ceramic, it has excellent heat resistance and can be used even at high temperatures.

1 ハニカム構造体
2 基体
2a 隔壁
3 ガラス層
10 セル
10a 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Honeycomb structure 2 Base | substrate 2a Partition 3 Glass layer 10 Cell 10a Opening part

Claims (2)

セラミック製の隔壁で多角柱状に区画されたセルの複数がハニカム状に配列された基体を有し、該複数のセルの一部に高温のガスを導入し、他部に低温のガスを導入して、前記高温のガスと前記低温のガスとの間で連続的に熱交換を行う熱交換エレメントに用いるハニカム構造体の製造方法であって、
前記隔壁を構成するセラミックが炭化ケイ素であり、
セラミック粉末を含有し且つ粘度が60mPa・s以下である表面処理液を前記隔壁の表面に配した後に熱処理を施す表面処理により、前記基体の質量の20質量%以上の質量であり且つ前記隔壁の表面を被覆するガラス層を形成することを特徴とするハニカム構造体の製造方法。
A plurality of cells divided into polygonal columns by ceramic partition walls have a substrate arranged in a honeycomb shape. A high temperature gas is introduced into a part of the plurality of cells, and a low temperature gas is introduced into the other part. A method for manufacturing a honeycomb structure used in a heat exchange element that performs heat exchange continuously between the high temperature gas and the low temperature gas,
The ceramic constituting the partition wall is silicon carbide,
A surface treatment liquid containing a ceramic powder and having a viscosity of 60 mPa · s or less is disposed on the surface of the partition wall, and then subjected to a heat treatment, so that the mass is 20% by mass or more of the mass of the base body and A method for manufacturing a honeycomb structure, comprising forming a glass layer covering a surface.
前記ガラス層はシリカ及びアルミナの少なくとも一方で構成されることを特徴とする請求項1に記載のハニカム構造体の製造方法。 The method for manufacturing a honeycomb structured body according to claim 1 , wherein the glass layer is composed of at least one of silica and alumina.
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