JPH06159049A - 曲りハニカム構造体 - Google Patents
曲りハニカム構造体Info
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Abstract
に抜け出る流体の流量を均一分布するようにした曲りハ
ニカム成形体を提供する。 【構成】 横断面が長円状でセル形状が方形の曲りハ
ニカム成形体8は、一方の端面から他方の端面に貫通す
る多数の貫通孔(曲り通路)14を有する。この貫通孔
14は、径方向に延びる内壁12と長円長軸方向に延び
る内壁10により区画形成されている。そして、貫通孔
14を形成する隣り合う内壁10と内壁10間の隔壁間
ピッチPyを径内方向から径外方向にいくに従い直線状
にまたは階段状に次第に小さく設定している。貫通孔1
4の横断面形状は、方形である。横断面上の径方向に直
交する方向の隔壁間ピッチPxは一定にしている。この
ため、一方の端面から流体を流入する場合、内部の貫通
孔14を通って他方の端面から流出する流体の流速分布
が径内側から径外側までほぼ均一になる。
Description
の成形用材料を押出成形して形成される曲りハニカム構
造体に関する。
造体は、押出成形により形成され、押出成形以外の製造
方法により製造することは当業者にとって容易ではな
い。そのため従来公知のセラミックス、樹脂等の材料を
押出成形して形成されるハニカム構造体は、その押出方
向に直線状の通路(貫通孔)が区画形成されるのが通常
である。
(形態)こそ図示化し表現できるのであるが、このよう
な曲りハニカム構造体を現実に製造する方法としては、
決して容易ではない。これは、多数の曲線状の通路(曲
り通路)を均一な厚さの壁体によって精密に区画形成す
ることが困難であることから明らかである。曲りハニカ
ム構造体の製造方法の一例としては、特開平52−78
965号公報に示されるように、押出成形部の口金自体
の流路長さを可変にし、流路抵抗の相対的に大きい長い
直線通路側に曲げるように押出成形する方法が知られて
いる。
ニカム構造体の製造方法によると、押出成形用の口金の
隔壁間ピッチが一定であることから、この口金から押し
出される押出ハニカム構造体は、その曲り方向に貫通さ
れる曲り通路の開口横断面積が各曲り通路について一定
である。
ニカム構造体については、直線状ハニカムには無い問題
つまり曲りハニカム特有の問題がある。すなわち、曲り
ハニカム構造体の一方の端面(入口側端面)から総ての
曲り通路(貫通孔)に流体を流入した場合、他方の端面
(出口側端面)から流出する流量が出口側端面の位置に
応じて変化する。このことは、例えば図8に示すよう
に、曲りハニカム構造体1の入口側端面2から出口側端
面3に貫通する多数の貫通孔5を流れる流体についてそ
の径内側よりも径外側の方の流速(流量)が流体の慣性
により相対的に増大することから理解できる。
造体を触媒担持体として触媒装置に用いた場合、従来の
直線ハニカムに比べ、触媒による排ガスの浄化効率が低
下することが判明した。例えば図8に示すように、曲り
ハニカム構造体1の貫通孔5の内壁に担持される触媒の
単位表面積当たりの触媒能力が各部分で一定(均一)で
あれば、相対的に流速の速い(流量の多い)曲り通路を
通過するガス(例えば自動車用エンジンの排ガス)の浄
化率は、相対的に流速の遅い曲り通路を通過するガスの
浄化率に比べ低下するため、この曲りハニカム構造体1
を通過する流体の浄化率が出口側端面位置に応じて不均
一となることが排気浄化率低下の原因の一つと考えられ
る。
方の端面から曲り通路を経由して他方の端面に抜け出る
流体の流量を均一分布するようにした曲りハニカム構造
体を提供することにある。併せて本発明の他の目的は、
触媒による排ガスの浄化効率を向上した曲りハニカム構
造体を提供することにある。
の本発明の曲りハニカム構造体は、曲り方向に沿って貫
通する多数の貫通孔を有する曲りハニカム構造体におい
て、前記貫通孔を形成する隣り合う内壁間の隔壁間ピッ
チが、径内側よりも径外側を小さくしたことを特徴とす
る。
を径内方向から径外方向にいくに従い直線状にまたは階
段状に次第に小さくする。また、前記貫通孔の横断面形
状は、方形、三角形、六角形等の形状が望ましいが、そ
の他の形状であっても良い。前記貫通孔の横断面形状が
方形の曲りハニカムの場合、横断面上の径方向に直交す
る方向の隔壁間ピッチは一定にするのが望ましい。これ
は、該隔壁間ピッチが変化するものに比べ押出成形加工
用の口金の製造方法が簡便だからである。
カムであって、横断面上の前記径方向に直交する方向の
隔壁間ピッチが、径方向の最大隔壁間ピッチと最小隔壁
間ピッチとの中間値にするのが望ましい。この理由は、
中間値でないものに比べ口金の製造方法が簡便だからで
ある。また曲りハニカム構造体は、横断面上の径方向に
直交する方向の隔壁間ピッチを径内方向から径外方向に
いくに従い次第に小さく設定でき、これに加えて更に横
断面上の径方向の隔壁間ピッチを径内方向から径外方向
にいくに従い直線状にまたは階段状に次第に小さくする
ことができる。
を形成する隔壁間ピッチについて曲り方向の径内側より
も径外側の方で相対的にピッチ小に形成されるため、一
方の端面(入口側端面)から流体を流入する場合、遠心
力により流量が径外側で大になる傾向があるが、しか
し、径外側の貫通孔は径内側に比べ相対的に流路面積小
であるため抵抗が大きい。そのため、貫通孔を通って他
方の端面(出口側端面)から流出する流体の流速分布
を、径内側から径外側までほぼ均一にすることが可能で
ある。
する。自動車用エンジンの排気管に接続される触媒コン
バータに適用される曲りハニカム構造体の第1の実施例
を図1および図2に示す。第1の実施例の曲りハニカム
構造体8は、セル形状(貫通孔の横断面形状)が方形で
あり、次のような構造をもつ。長円長軸方向に延びる内
壁10と長円短軸方向(径方向)に延びる内壁12とが
格子状に交差して多数の貫通孔(曲り通路)14が形成
されている。この内壁10と内壁12は曲り中心軸方向
に延び、これらの交差する内壁10と内壁12とで仕切
られる曲り通路14は曲り方向に平行に延び、図2に示
す一方の端面20から他方の端面21に貫通されてい
る。外周部は所定の厚さをもつ外壁16が最外部の貫通
孔14aを閉じるように長円環状に形成されている。ま
た内壁10と内壁12の厚さはほぼ一定である。
いては、 長円長軸方向に隣り合う内壁12と内壁1
2と間の長円長軸方向の隔壁間ピッチPxは一定であ
る。これは、長円長軸方向については曲りハニカムの曲
率が一定であることから流速が均一であることによる。
径方向に隣り合う内壁10と内壁10間の径方向の
隔壁間ピッチPyは径内側から径外方向にいくにしたが
い直線状に小さくなる。この貫通孔14の径方向位置と
隔壁間ピッチPyとの関係は図1に示すとおりである。
最外径側の隔壁間ピッチPyは最小隔壁間ピッチPout
(Pmin )となり、これより径内方向にいくに従い連続
的に隔壁間ピッチPyが増大し、最内径側の隔壁間ピッ
チPyが最大隔壁間ピッチPin(Pmax 、Pout <
Pin)になるよう構成されている。
についてハニカム構造体の入口側端面から出口側端面に
排ガスを流通させる場合の流量変化分布特性を対比す
る。ここに比較例は、長円長軸方向の隔壁間ピッチPx
及び径方向の隔壁間ピッチPyを一定にし、その他の構
成は第1の実施例と同型の曲りハニカムを用いた。その
結果を図8に示す。本発明の第1の実施例によると、図
8に示すように出口側端面から流出される排ガスの流速
分布が径内側から径外側までほぼ均一になる。これに対
し、前記の比較例では、径内側から径外側まで均一ピッ
チであるから排ガスの慣性により径外側の方が遠心力大
にともなって相対的に増大するような山型の流速分布が
顕著である。
ニカム構造体を図3に示す。この例は、径内側から径外
側にいくにしたがい径方向の隔壁間ピッチを段階的に小
さくした例である。貫通孔140を形成する隔壁間ピッ
チPについては、 長円長軸方向に隣り合う内壁12
0と内壁120と間の長円長軸方向の隔壁間ピッチPx
は一定である。これは、長円長軸方向については曲りハ
ニカムの曲率が一定であることから流速が均一であるこ
とによる。 径方向に隣り合う内壁100と内壁10
0間の径方向の隔壁間ピッチPyは径内側から径外方向
にいくにしたがい階段状に小さくなる。径方向の隔壁間
ピッチPyは最外径側のピッチPA を最小とし、以下順
に、ピッチPB 、Pc 、の順に隔壁間ピッチを径外側か
ら径内側にいくにしたがい増加し、最内径側のピッチP
D を最大にし、合計四段階に変化させている。
間ピッチPyを可変にしているため、第1の実施例に比
べ、曲りハニカム構造体を形成するための押出成形用口
金の製造が容易となるという効果がある。次に、本発明
の第3の実施例による曲りハニカム構造体を図9及び図
10に示す。この例は、径内側から径外側にいくにした
がい横断面上の径方向に直交する方向の隔壁間ピッチを
直線状に小さくした例である。
ついては、 長円長軸方向に隣り合う内壁122と内
壁122と間の長円長軸方向の隔壁間ピッチPxは径内
側から径外方向にいくに従い小さくなる。 横断面上
の径方向に隣り合う内壁102と内壁102間の径方向
の隔壁間ピッチPyは一定である。次に、本発明の第4
の実施例による曲りハニカム構造体を図11及び図12
に示す。この例は、径内側から径外側にいくにしたがい
横断面上の径方向に直交する方向の隔壁間ピッチを直線
状に小さくした例である。
ついては、 長円長軸方向に隣り合う内壁124と内
壁124と間の長円長軸方向の隔壁間ピッチPxは径内
側から径外方向にいくに従い小さくなる。 径方向に
隣り合う内壁104と内壁104間の径方向の隔壁間ピ
ッチPyは径内側から径外方向にいくにしたがい直線状
に小さくなる。径方向の隔壁間ピッチPyは最内径側の
ピッチPinを最大とし、径内側から径外方向にいくにし
たがい減少し、最外径側のピッチPout を最小にしてい
る。
図4及び図5に示すように、長円長軸方向の隔壁間ピッ
チPxを一定にし、径方向の隔壁間ピッチPyを直線状
に変化させた例である。実施例2は、図3に示す如く図
6及び図7に示すように、長円長軸方向の隔壁間ピッチ
Pxを一定にし、径方向の隔壁間ピッチPyをPA 、P
B 、PC 、PDの4段階で径内方向にいくに従い大きく
した例である。
Pxを一定にし、径方向の隔壁間ピッチPyを径内方向
にいくに従い直線状に大きくした例である。実施例4
は、長円長軸方向の隔壁間ピッチPxを径外方向にいく
に従い小さくし、かつ径方向の隔壁間ピッチPyを径外
方向にいくに従い直線状に小さくした例である。
Pxと径方向の隔壁間ピッチPyをともに同一かつ一定
値にした例である。実験方法は次のおりである。まず前
記実施例1、2、3、4と前記の比較例1とについて、
ハニカム構造体の内壁に触媒担持用の第1層にγコート
量30%を形成し、その第2層として触媒用貴金属、白
金、パラジウム、ロジウムを形成した。 得られたハニ
カム成形触媒担持体の一方の端面から排ガスを流入し、
曲り通路を通って他方の端面から流出した排ガス中のH
Cガス濃度を計測し、HC残存率を算出した。測定した
エンジンは、排ガス量2リットルのものである。
が10%であったのに対して、本発明の実施例1ではH
Cガス残存率が8%、実施例2、3ではHCガス残存率
が9%、実施例4ではHCガス残存率が7%と、HCガ
ス残存率が大幅に減少した。これより、本発明の実施例
1、2、3、4によると、前記の比較例1に比べ、HC
ガス残存率を下げることが判明した。これは、曲りハニ
カム構造体の径方向の流速分布が均一になるため、単位
面積当たりの触媒能力を径内側から径外側までほぼ均一
にできたことに起因しているものと考えられる。
カム構造体によると、曲り通路を有する曲りハニカム構
造体の曲り方向内径側から外径側にいくにしたがい隔壁
間ピッチを相対的に小さくしたので、一方の端面から流
入し他方の端面から流出する流体の流量を出口側で比較
的均一にできるという効果がある。
担持した触媒装置においては、排ガスの浄化効率を大幅
に向上することができるという効果がある。
に隔壁間ピッチ特性を示す説明図である。
す斜視図である。
隔壁間ピッチ特性を示す説明図である。
するための模式図である。
するための模式図である。
布を示す説明図である。
するための模式図である。
明するための模式図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 曲り方向に沿って貫通される多数の貫通
孔を有する曲りハニカム構造体において、 前記貫通孔を形成する隣り合う内壁間の隔壁間ピッチ
が、曲り方向の径内側よりも径外側を相対的に小さくし
たことを特徴とする曲りハニカム構造体。 - 【請求項2】 径方向の隔壁間ピッチを径内方向から径
外方向にいくに従い直線状に次第に小さくしたことを特
徴とする曲り請求項1記載の曲りハニカム構造体。 - 【請求項3】 径方向の隔壁間ピッチを径内方向から径
外方向にいくに従い階段状に次第に小さくしたことを特
徴とする曲り請求項1記載の曲りハニカム構造体。 - 【請求項4】 前記貫通孔の横断面形状が、方形、三角
形、六角形のいずれか一の形状である請求項1、2、3
のいづれか一項に記載の曲りハニカム構造体。 - 【請求項5】 前記貫通孔の横断面形状が方形の曲りハ
ニカム構造体であって、横断面上の径方向に直交する方
向の隔壁間ピッチが一定である請求項4記載の曲りハニ
カム構造体。 - 【請求項6】 前記貫通孔の横断面形状が方形の曲りハ
ニカムであって、前記径方向に直交する方向の隔壁間ピ
ッチが、径方向の最大隔壁間ピッチと最小隔壁間ピッチ
との中間値である請求項5記載の曲りハニカム構造体。 - 【請求項7】 前記内壁の表面に触媒を担持した請求項
1、2、3、4、5、6のいづれか一項に記載の曲りハ
ニカム構造体。 - 【請求項8】 曲りハニカム構造体の横断面上において
径方向に直交する方向の隔壁間ピッチを径内方向から径
外方向にいくに従い次第に小さくしたことを特徴とする
曲り請求項1、2、3のいずれか一項記載の曲りハニカ
ム構造体。
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