JP6615667B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents
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Description
式(2):d1/d2≧0.59
式(3):θ1≦48
式(4):(d1/r2)2>0.10
本発明のハニカム構造体の一の実施形態は、図1及び図2に示すような排ガス処理装置100である。排ガス処理装置100は、ハニカム構造体4と、ハニカム構造体4をその内部に収納した缶体21と、を備えたものである。ここで、図1は、本発明の排ガス処理装置の一の実施形態を、排ガスの流れ方向に平行に切断した断面を模式的に示す断面図である。図2は、図1に示す排ガス処理装置を模式的に示す斜視図である。図3は、図1に示す排ガス処理装置に用いられるハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。図4は、図3に示すハニカム構造体の流入端面を模式的に示す平面図である。図5は、図4のX−X’断面を模式的に示す、断面図である。
式(2):d1/d2≧0.50
式(3):θ1<120
式(4):(d1/r2)2>0.10
式(6):d1/d2≧0.59
式(7):θ1≦48
式(8):(d1/r2)2>0.10
式(10):θ2<120
式(11):(d3/r2)2>0.10
式(12):d3/d2≧0.59
式(13):θ2≦48
式(14):(d3/r2)2>0.10
次に、本発明の排ガス処理装置を製造する方法について説明する。
コージェライト化原料100質量部に、分散媒を35質量部、有機バインダを6質量部、分散剤を0.5質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。分散媒としては水を使用し、造孔材としては平均粒子径1〜10μmのコークスを使用し、有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。
d1,d2,r1,r2,θ1の値を、表1〜表3に示すように変更して、実施例2〜22の排ガス処理装置を作製した。以下、実施例14〜18、22を参考例14〜18、22とする。
比較例1においては、セル構造が1種類のハニカム構造体を作製し、このハニカム構造体を用いて、排ガス処理装置を作製した。ハニカム構造体は、隔壁の厚さが0.102mmであり、セル密度が77.5個/cm2であり、セルの形状が四角形であった。表1の「中央セル構造」の欄に、比較例1に用いたハニカム構造体の隔壁の厚さ、及びセル密度を示す。なお、上記したように、比較例1に用いたハニカム構造体は、セル構造が1種類であり、隔壁の厚さ、及びセル密度については、便宜的に「中央セル構造」の欄に記載している。比較例1においては、d1,d2,r2,θ1の値を、表1に示すよう変更して、比較例1の排ガス処理装置を作製した。
d1,d2,r1,r2,θ1の値を、表1〜表3に示すように変更して、比較例2〜18の排ガス処理装置を作製した。
作製した排ガス処理装置に対して、流入配管から排ガスを流入させた。なお、排ガスを流入配管に流入させる際には、排ガスの安定性を確保するために、流入配管の断面において、ガス流速分布の均一性が90%以上となる条件で排ガスを流入させた。そして、ガス流量が10m3/minとなるまで、段階的に排ガスの流量を増加させて、排ガス処理装置の流入配管側と流出配管側との圧力差を測定した。なお、上記した圧力差の測定は、以下の条件で行った。気温が25℃±5℃の環境で実施した。湿度が10%〜60%の環境で実施した。気圧が98000〜103000Paの環境で実施した。そして、流入配管と流出配管の圧力差から、TOTAL圧損[Pa]を計測した。
上記したTotal圧損[Pa]の結果から、以下の通りシミュレーションを実施し、「浄化性能(外周流速)」の評価を行った。まず、流体計算ソフト(スター・シーシーエム・プラス社製の「Star−ccm(商品名)」により、Total圧損[Pa]の測定と同条件のモデルを作成した。そして、TOTAL圧損の測定結果と、流体計算ソフトによるTOTAL圧損の値が同じになるよう調整した。そして、流体計算ソフトによる計算結果から、各圧損要素の割合を算出した。各圧損要素としては、缶体の胴部内部における圧損要素を、「ハニカム圧損」とした。また、缶体の流入配管側及び流出配管側における圧損要素を、「コンバーター圧損」とした。そして、「ハニカム圧損」と「コンバーター圧損」を合計したものを、「システム圧損」とした。そして、その結果を元に、浄化性能(外周流速)の値を求めた。
圧損評価では、比較例1の排ガス処理装置の「Total圧損[Pa]」の値を基準値として、以下の評価基準により評価を行った。
評価A:Total圧損[Pa]の値が比較例1より低い場合、その評価を「優」とする。
評価B:Total圧損[Pa]の値が比較例1の値より高く、+10%未満の場合を、その評価を「良」とする。
評価C:Total圧損[Pa]の値が比較例1の値とくらべ、10%より高い場合を、その評価を「不可」とする。
浄化性能Aは、排ガス処理装置の外周流速に関する評価である。浄化性能Aでは、比較例1の排ガス処理装置の「浄化性能(外周流速)」の値を基準値として、以下の評価基準により評価を行った。
評価A:浄化性能(外周流速)[m/s]の値が基準以上の場合を、その評価を「優」とする。
評価B:浄化性能(外周流速)[m/s]の値が基準の97%以上、基準未満の場合を、その評価を「良」とする。
評価C:浄化性能(外周流速)[m/s]の値が基準の97%より低い場合を、その評価を「不可」とする。
浄化性能Bは、排ガス処理装置の偏流条件に関する評価である。浄化性能Bでは、「ε=(d1/r2)2」の値に基づき、以下の評価基準により評価を行った。
評価A:排ガス処理装置内に偏流が発生しない場合、その評価を「優」とする。なお、「ε=(d1/r2)2」の値が、0.10を超える場合に、偏流による圧損、外周流速への影響は小さい(影響ないものとみなせる)。
評価C:排ガス処理装置内に偏流が発生した場合、その評価を「不可」とする。なお、「ε=(d1/r2)2」の値が、0.10以下の場合に、偏流による圧損、外周流速への影響が大きい。
浄化性能Cは、排ガス処理装置の偏流条件に関する評価である。浄化性能Cでは、「θ1」の値に基づき、以下の評価基準に基づいて行った。
評価A:「θ1」の値が、120°未満の場合を、その評価を「優」とする。なお、「θ1」の値が、120°未満の場合、偏流による圧損への影響は小さい。また、評価Aにおいて、「θ1≦48°」の場合は、より優れており、「48°<θ1<120°」の場合は、「θ1≦48°」の場合よりも劣るものの、優れている。
評価C:「θ1」の値が、120°以上の場合を、その評価を「不可」とする。なお、「θ1」の値が、120°以上の場合、偏流による影響が大きい。
システム評価は、排ガス処理装置の総合評価であり、ハニカム構造体の構成と、缶体の構成とを総合的に評価したものである。表2、表4、表6においては、このような総合評価について、「(コンバーター+2層ハニカム)」と記載している。システム評価では、表7に示す、項目3〜項目5の3つの項目について、以下の評価基準に基づいて評価を行った。なお、以下の評価基準において、項目3は「r1/r2の値」を示し、項目4は「d1/d2の値」を示し、項目5は「θ1の値」を示す。また、項目1、項目2は、項目3〜項目5を導くための項目である。項目1は「Total圧損[Pa]の値」を示し、項目2は「浄化性能(外周流速)[m/s]の値」を示す。
評価A:「項目3が0.31以上、0.73以下」、「項目4が0.59以上」、及び「項目5が48以下」の場合を、その評価を「優」とする。
評価B:「項目3が0.26以上、0.31未満、又は0.73を超える、0.95以下」、「項目4が0.56以上、0.59未満」、及び「項目5が48を超え、75以下」の場合を、その評価を「良」とする。
評価C:「項目3が0.26未満、又は0.95を超える」、「項目4が0.56未満」、及び「項目5が75を超える」の場合を、その評価を「不可」とする。
実施例1〜22の排ガス処理装置は、「圧損評価」、「浄化性能A」、「浄化性能B」、「浄化性能C」、及び「システム評価」において、全て良好な結果を得ることができた。一方で、比較例2の排ガス処理装置は、外周流速に関する浄化性能Aの評価において評価結果がCであり、システム評価についても評価結果がCであった。比較例3の排ガス処理装置は、圧損評価において評価結果がCであり、システム評価についても評価結果がCであった。
Claims (6)
- 流入端面から流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体をその内部に収納した缶体と、を備え、
前記ハニカム構造体は、前記ハニカム構造体の軸方向の中央寄りに形成された前記セルによって構成された柱状の中央セル構造と、前記中央セル構造よりも外側の外周部分に形成された前記セルによって構成された外周セル構造と、を有し、且つ、前記中央セル構造と前記外周セル構造とが異なる構造のセル構造であり、
前記缶体は、前記ハニカム構造体を内部に収納した筒状の胴部と、前記胴部の流入側の端部に配置され、前記胴部の流入側の端部から上流側に向かうにつれて、その径が小さくなるように構成された流入テーパー部と、前記流入テーパー部の上流側端部に配設された流入配管と、を有し、
前記流入配管の内径[mm]をd1とし、
前記胴部の内径[mm]をd2とし、
前記流入テーパー部を構成する斜面の末広がり角度であるテーパー角[°]をθ1とし、
前記ハニカム構造体の前記中央セル構造の直径[mm]をr1とし、
前記ハニカム構造体の直径[mm]をr2とし、
下記式(1)〜式(4)を満たすように構成された、排ガス処理装置。
式(1):0.31≦r1/r2≦0.73
式(2):d1/d2≧0.59
式(3):θ1≦48
式(4):(d1/r2)2>0.10 - 前記ハニカム構造体は、前記中央セル構造と前記外周セル構造との境界部分に配設された境界壁、を更に有する、請求項1に記載の排ガス処理装置。
- 前記ハニカム構造体は、前記中央セル構造と前記外周セル構造との境界部分が、連続する又は不連続な前記隔壁によって構成されたものである、請求項1に記載の排ガス処理装置。
- 前記中央セル構造を構成する前記セルの水力直径が、前記外周セル構造を構成する前記セルの水力直径よりも小さい、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記中央セル構造のセル密度が、前記外周セル構造のセル密度よりも大きい、請求項1〜4のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
- 前記中央セル構造における前記セルの繰り返し単位の配列方向が、前記外周セル構造における前記セルの繰り返し単位の配列方向に対して、0°を超え、60°未満傾いている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
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