JPH10328516A - 積層螺旋ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒担体用の他、集塵や脱煙用として、長期
間効力を保って使用できる独特な形状をした積層螺旋ハ
ニカム構造体を提供する。 【構成】 緻密質または多孔質の薄板材料に、多数の正
多角形または円形の孔が六方または正方対称に規則的に
配列した図形の開孔部を設け、この多数枚を、各孔の中
心がそれぞれ一定の曲率円周に沿って移動するように開
孔部図形を回転することなく順次僅かずつずらして積層
一体化することにより、ハニカム貫通孔が総てそれぞれ
互いに一定間隔を保ちながら螺旋状に湾曲した、新しい
特異な機能を持つ積層螺旋ハニカム構造体が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業状の利用分野】本発明は、高性能の触媒担体用セ
ラミックハニカムとしての他、特に排ガスなど気流中に
浮遊する微粒子物質の分離除去の機能を長期に亘って持
続する独特な形状の積層螺旋ハニカム構造体に関わる。

【０００２】

【従来技術】従来、自動車用触媒担体などに使用されて
いるハニカム体は、アルミナ、コーディエライト、炭化
珪素、または金属粉末の配合物を押し出し成形し焼結す
ることによって製造され、ハニカム体の貫通孔は専ら直
線的のもののみであった。従って、触媒担体としては触
媒とガスとの接触を充分に保つために貫通孔は比較的小
さくて長くする必要があり、また燃焼炉などに対する使
用では排ガス中に含まれる粉塵等により担持させた触媒
が短期間に劣化する欠点があった。

【０００３】また最近では、燃焼炉の煙突などから排出
される黒煙が環境汚染として問題となっているが、一般
に超微細な微粒子物質の除去は極めて困難であり、サイ
クロンでは捕集できず、バッグフィルターなどは短時間
に目詰まりしてその効力を失い、また電気集塵機は大規
模となりコストがかかりすぎるなど、それぞれ致命的な
欠点があった。またディーゼルエンジンからの黒煙の除
去の問題も切実な要望にもかかわらず適切な解決の方法
がない状態であり、ハニカム体の貫通孔を入り口及び出
口のところで交互に孔を閉じて、多孔質の貫通孔内壁を
濾過膜として利用する方法が試みられていた。当然この
構造もバッグフィルターと同様内壁全体が短時間で目詰
まりし、付着堆積した煤を常時酸化燃焼して除去する必
要があった。

【０００４】

【解決課題】本発明は、これらの問題を根本的に解決す
るもので、触媒担体としては微粒子を含む排ガスに対し
て長期間に亘り触媒活性を保つことができ、しかも排ガ
ス中の煙などの微粒子物質を極めて効率的にかつ比較的
長時間効果的に除去する機能を持つ特殊な形状の積層螺
旋ハニカム構造体を提供するものである。

【０００５】

【解決手段】このため本発明は、緻密質または多孔質の
薄板材料に、多数の正多角形または円形の孔が六方また
は正方対称に規則的に配列した図形の開孔部を設け、こ
の薄板多数枚を、各孔の中心がそれぞれ一定の曲率円周
に沿って移動するように開孔部図形を回転することなく
順次僅かずつずらして積層一体化し、ハニカム貫通孔が
総てそれぞれ互いに一定間隔を保ちながら螺旋状に湾曲
していることを特徴とする特殊な形状を有するの積層螺
旋ハニカム構造体を創案した。

【０００６】また積層時薄板のそれぞれ外形枠の一部分
を一致させるとハニカム貫通孔が総てそれぞれ互いに一
定間隔を保ちながら螺旋状に湾曲し、外形枠の他の一部
分を一致させるとハニカム貫通孔が直線状の垂直となる
ように、外形枠と開孔部の幾何学的関係を少しずつ変化
させた多数の薄板から構成される積層螺旋ハニカム構造
体を創案した。

【０００７】

【作用】本発明の積層螺旋ハニカム構造体の積層薄板材
料としては、目的と経済性に従って基本的にはあらゆる
材料が使用できるが、高温の目的には当然金属やセラミ
ックスの材料が必要となり、金属薄板、金属網、セラミ
ック繊維紙、セラミック粉末のシート状成形物など幾ら
か可撓性や機械加工性のある薄板が選択される。これら
の薄板材料に対する六方または正方対称に規則的に配列
した多数の正多角形または円形の孔の形成は、連続的な
打ち抜き加工法により極めて簡単に達成される。セラミ
ック粉末の可撓性シートは打ち抜き加工後焼成してセラ
ミック化する。

【０００８】図１に、楕円形の外形枠１の中に正六角形
の孔が六方対称に配列した開孔部図形２を形成したそれ
ぞれ異る４枚の薄板の例を示した。これらは３２枚の積
層薄板を一組とする内の４枚で、３は下から数えてその
１枚目、４はその９枚目、５はその１７枚目、及び６は
その２５枚目である。薄板毎にこの開孔部図形２はそれ
ぞれ外形枠１に対する相対位置が異なり、これらの薄板
を外形枠１を一致させて３２枚積層した場合、開孔部図
形２は回転することなく下から順次僅かずつずれ、ある
一個の正六角形孔７の中心８がそれぞれ一定曲率の旋回
円周９に沿って時計回りに旋回するような配列となり、
各孔の連結によって螺旋状のハニカム貫通孔が形成され
る。このような開孔部図形２の相対的なずれは、薄板と
打ち抜きプレス型の相対位置をコンピュータ制御によっ
て僅かずつずらすことによって容易に達成することがで
きる。

【０００９】図２は上記の３２枚の薄板を積層した場合
に形成されるハニカム貫通孔の任意の一個を上面から見
た透視図である。開孔部図形２の総ての正六角形孔はそ
れぞれ同じ透視図を描き、総ての正六角形孔は互いに接
触することがないので、正六角形孔の積層連結から生ず
る個々の貫通孔は総てそれぞれ隔壁を介して隣接するこ
とになる。図３は実際にこれを積層した場合、多数の正
六角形孔がそれぞれ形成する螺旋ハニカム貫通孔の形状
を、また図４は開孔部図形の任意の正六角形孔７の中心
８が積層によって描く軌跡の形状で、いずれも斜めから
透視的に示した。なお図３及び図４では積層薄板１６枚
で正六角形孔の中心が一旋回する場合を示している。

【００１０】このような開孔部図形を持つ多数枚の薄板
が、図形中の各孔の中心が整数回の旋回を起こすように
積層され、固定一体化して単位の積層螺旋ハニカム構造
体ができる。実際にエンジンや煙突などに使用する場合
には、目的や規模に応じて、これらは単位のままで、あ
るいは更に直列または並列に数個を接合して必要箇所に
装着または設置される。

【００１１】本発明積層螺旋ハニカム構造体は、多数の
貫通孔がそれぞれ螺旋状に湾曲するので、この貫通孔内
壁が通気性を持たない場合には、これを燃焼排ガスなど
の通路に設置すると、排ガスは螺旋状貫通孔を通過する
際、内壁に沿って旋回を強いられることになる。従っ
て、気体分子及び排ガス中に浮遊する微粒子はその流速
の２乗と螺旋の旋回曲率半径の逆数に比例するサイクロ
ン的な遠心力を受けて貫通孔内壁に衝突し、排ガス中に
浮遊する油煙などの微粒子は流体との比重差により分離
して内壁に付着する。

【００１２】図５はこの説明図で、ある任意の一個の正
六角形孔７は、それと隣接する正六角形孔１０（図では
７の左側の隣接孔）と共に、それぞれその中心８および
１１が旋回円周９および１２に沿って螺旋を描いて積層
するので、そこを通過する気体は太矢印方向にサイクロ
ン的な遠心力を受ける。サイクロンに比べてこの旋回曲
率半径は非常に小さいので遠心力はかなり大きくなり、
気体中の微粒子、特に排ガス中の煙や微細な粉塵の微粒
子は螺旋状貫通孔の太矢印方向（図では左方向）の壁に
衝突して付着するようになる。各正六角形孔の中心８お
よび１１が旋回円周９および１２に沿って９０度進んだ
（紙面上側に移動）段階では、太矢印方向も図に示すよ
うに９０度方向を変える。即ちサイクロンと同様遠心力
の方向は常に螺旋の旋回の外周側に向かい、従って微細
な粉塵や煙が衝突付着する壁面は螺旋状貫通孔において
常に螺旋外周側の壁面であり、反対側の壁面には殆ど付
着しない。隣接する他の正六角形孔１３および１４（図
では７の上側の隣接孔）でも同様となり、ハニカムの総
ての貫通孔で同様な付着が起こる。

【００１３】また本発明積層螺旋ハニカム構造体の積層
薄板部分が繊維紙など多孔質材料である場合には、上記
に説明したサイクロン的な作用の他に、さらに特異な作
用がこれに追加される。即ち貫通孔を通過する気体自体
もそれぞれ太矢印方向に遠心力を受け、貫通孔内でいく
らか圧縮を受ける側の壁面（即ち旋回の外周側）と反対
側の幾らか負圧となる壁面（旋回の内周側）が発生し、
しかも総ての貫通孔は隔壁を介して隣接し、ほぼ同様の
条件となるので、同時に総ての貫通孔隔壁の両側に正負
の圧力差が発生する。図５の場合では、隣接する正六角
形孔７と１０の間で、螺旋旋回の１８０度毎に隔壁の両
側の圧力正負が反転し、この隔壁を透過 果、隣接する螺旋状貫通孔の間で気体の一部が場所を変
えて隔壁を往復または浸入を繰り返すことになり、隔壁
が濾過体としても作用し、排ガス中の比較的軽い油煙微
粒子など、流体と流体中に浮遊する微粒子の比重差が小
さいときでも、微粒子の隔壁への付着が増大し、気体中
の微粒子の分離が一層効果的となるのである。このよう
な微粒子分離のフィルター的な作用とサイクロン的な作
用との割合は隔壁の気孔率と気孔サイズによって決定さ
れ、積層薄板の材質や、貫通孔内壁表面状態によって左
右される。

【００１４】螺旋状貫通孔の旋回の曲率半径は小さいほ
ど遠心力が大きく作用するので、なるべく旋回円を小さ
くし、一般に貫通孔の口径の約半分よりいくらか大きい
程度が望ましい。さらに、入口の旋回半径が大きく、次
第に出口の旋回半径が小さくなる渦巻き螺旋状とすれ
ば、遠心力の作用は出口に向かって次第に強くなり、分
離し難い微粒子が出口付近で付着するようになり、貫通
孔内壁の入口から出口にかけて比較的均一に付着させる
効果が期待できる。また前述したように、単位の積層螺
旋ハニカム構造体を数個直列に接合して使用する場合に
は、一層複雑な制御が可能で、入口に近い単位の螺旋ハ
ニカム構造体は貫通孔内壁を不通気性とし、出口に近い
単位の積層螺旋ハニカム構造体は螺旋の旋回半径を小さ
く、また材質を多孔質の通気性のある隔壁とすることに
よって、入口付近では比較的粗粒子が、また出口付近で
は極めて微細な粒子も付着して除去することが可能とな
る。

【００１５】さらに積層時薄板の各外形枠の一部分を一
致させるとハニカム貫通孔が総てそれぞれ互いに一定間
隔を保ちながら螺旋状に湾曲し、外形枠の他の一部分を
一致させるとハニカム貫通孔が直線状に垂直となるよう
に、開孔部図形２に対する外形枠の幾何学的関係を２種
類持たせ、そのうちの一種を薄板毎に少しずつ変化させ
た多数の薄板から構成される積層螺旋ハニカム構造体で
は、以上に詳細に述ベた微粒子の堆積集塵作用の他に、
堆積した微粒子をハニカム貫通孔から取り除く清掃作業
を容易にする機能を加えることができる。

【００１６】図６はこの説明図である。外形枠１５は開
孔部図形２に対し常に一定の位置関係にある長方形状、
また外形枠１６は螺旋の旋回円周９に対し常に一定の位
置関係にある長方形状、つまり図１の楕円形外形枠１と
同様の関係のものである。また４枚の積層薄板１７、１
８、１９、２０は外形枠の一致させる部分を変えるとハ
ニカム貫通孔が螺旋状になったり直線状になったりする
積層螺旋ハニカム構造体の例で１７は下から数えてその
１枚目、１８はその９枚目、１９はその１７枚目、及び
２０はその２５枚目を示す。

【００１７】先ず定位置に開孔図形２を形成した長方形
の外形枠１５を、積層薄板として３２枚同じように打ち
抜き、次いで外形枠１６に相当する部分を対角に形成す
る。即ちこの対角は３２枚総て順次僅かずつずらして形
成する。この場合には、各積層薄板の外形枠１５に相当
する部分を一致させて３２枚積層すると各孔は当然同じ
位置に来るのでその連結によって形成されるハニカム貫
通孔は直線状垂直になるが、外形枠１６に相当する部分
を一致させると孔７の中心８がそれぞれ一定曲率の旋回
円周９に沿って時計回りに旋回するような配列となり、
各孔の連結によって形成されるハニカム貫通孔は総てそ
れぞれ互いに一定間隔を保ちながら螺旋状に湾曲する。
このような開孔部図形２に対する外形枠１６に相当する
部分の相対的な位置のずれも、薄板と打ち抜きプレス型
の相対位置をコンピュータ制御により僅かずつずらすこ
とによって容易に達成することができる。

【００１８】本発明の積層螺旋ハニカム構造体は、他の
集塵装置に比べて極めて小型となり、また通常の機械加
工技術、セラミックス技術によって比較的安価に製造可
能である。また貫通孔断面は通常のハニカム構造のもの
と同じようになるので、微粒子粉塵が堆積しても、ハニ
カム貫通孔は比較的長期間詰まることはなく、気体が全
体を通過する抵抗を通常の濾過材に比較して長期に著し
く小さく保つことができる。

【００１９】また本発明の積層螺旋ハニカム構造体を触
媒担体として使用する場合、排ガスは旋回衝突によって
触媒に接触する機会が多くなり、比較的大きく短い貫通
孔のハニカム構造体によっても高い触媒効率を発揮する
ことができる。また排ガス中に微粒子粉塵や油煙を含む
場合には、それらが遠心力の影響を受けて、貫通孔壁面
の旋回の外周側に優先的に付着堆積するので、その反対
側の内周側の壁面の触媒は排ガス中の粉塵で汚染され難
く、長期に触媒活性の劣化を防ぐ特長も発揮できる。

【００２０】大量の固体粉塵が排出される大型の燃焼装
置の場合には、サイクロン除去装置を経た後に本発明セ
ラミックハニカム構造体を設置することが望ましい。サ
イクロンで除去できない極めて微粒子も本発明積層螺旋
ハニカム構造体では除去が可能であるが、必要に応じて
蓄積物は適宜除去清掃する必要がある。しかし図６のよ
うな積層板を完全に固定一体化せずに随時摺動可能とし
て使用すれば、集塵時は各積層薄板の外形枠１６の部分
をその対角線方向から押して一致させ、ハニカム貫通孔
を螺旋状として粉塵微粒子を分離堆積させ、微粒子の堆
積が多くなった清掃時には外形枠１５の部分をその対角
線方向から押して一致させ、ハニカム貫通孔を直線化し
て堆積物の機械的な除去を容易にすることができる。

【００２１】またディーゼルエンジンなど脱煙用にのみ
に利用する場合には、そのまま全体を適宜加熱して油煙
などの可燃物を酸化燃焼焼失させ、機械的に除去を行う
ことなく連続使用することが可能である。塵埃焼却炉等
では、煙の発生は一時的であり、積層螺旋ハニカム構造
体は煙発生時にそれを付着堆積し、煙が発生しない時に
は付着した油煙は燃焼焼失するので、清掃除去作業は必
ずしも必要としない。

【００２２】以下、実験室的な実施例に従って、本発明
の製造方法を説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。

【００２３】

【実施例】積層薄板として厚さ０．３ｍｍの金属ニッケ
ル板、及び太さ約１０μｍのアルミナ繊維からなる厚さ
約１ｍｍのセラミック繊維紙を使用した。これらの薄板
をそれぞれ３２枚、順次図１とほぼ同様の楕円形の外形
枠及び開孔部図形に裁断し、これらを順次、交互に外形
枠を一致させて積層し外形枠を固定して一体化し、高さ
約４ｃｍの、図３に示すものとほぼ同様の形状を持つ積
層螺旋ハニカム構造体を構成した。この積層螺旋ハニカ
ム構造体の開孔部は、六方対称に規則的に配列した多数
の正六角形の孔からなる貫通孔が総てそれぞれ互いに一
定間隔を保ちながら螺旋状に湾曲しているが、貫通孔の
内壁は、層状に多孔質となっており、通過する気流中の
微粒子を、サイクロン的な作用のほかにフィルター的な
作用によって貫通孔内壁に捕捉することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上、本発明積層螺旋ハニカム構造体
は、その特殊な構造により、触媒担体として効率及び寿
命の増大のほか、耐熱性の集塵器または脱煙装置として
も独特の効用を持つので、一般的用途の他、特に塵埃焼
却炉燃焼室出口付近、ディーゼルエンジン車の排気口付
近、などに設置すれば、不完全燃焼ガス、火の粉、煙、
臭気などの排出量を著しく低下させることができ、燃焼
排ガスによる環境汚染の防止に極めて役立つものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】積層薄板の外形枠に対する開孔部図形の位置の
変化の例を示す平面図。

【図２】３２枚の薄板開孔部を積層した場合に形成され
る螺旋状ハニカム貫通孔の任意の一個を上面から見た透
視図。

【図３】薄板開孔部の積層により形成される螺旋状ハニ
カム貫通孔を斜めから見た透視図。

【図４】任意の正六角形孔７の中心８が積層によって描
く軌跡の斜めから見た透視図。

【図５】貫通孔を通過する気流に働く遠心力の作用の説
明図。

【図６】開孔部図形２に対する外形枠の幾何学的関係が
２種類となる場合の説明図。

【符号の説明】

１ 薄板の楕円形外形枠 ２ 開孔部図
形 ３ ３２枚の楕円形薄板積層の１枚目 ４ ３２枚の
積層の９枚目 ５ ３２枚の積層の１７枚目 ６ ３２枚の
積層の２５枚目 ７ ある一個の正六角形孔 ８ 孔７の中
心 ９ 中心８の旋回円周 １０ 孔７の左
側隣接の正六角形孔 １１ 孔１０の中心 １２ 中心１１
の旋回円周 １３ 孔７の上側に隣接する正六角形孔 １４ 孔７の上側に隣接する正六角形孔 １５ 開孔部図形２と一定の位置関係にある外形枠 １６ 旋回円周９と一定の位置関係にある外形枠 １７ ３２枚の積層の１枚目 １８ ３２枚の積層の９枚目 １９ ３２枚の積層の１７枚目 ２０ ３２枚の積層の２５枚目

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 緻密質または多孔質の薄板材料に、多数
   の正多角形または円形の孔が六方または正方対称に規則
   的に配列した図形の開孔部を設け、この薄板多数枚を、
   各孔の中心がそれぞれ一定の曲率円周に沿って移動する
   ように開孔部図形を回転することなく順次僅かずつずら
   して積層一体化し、ハニカム貫通孔が総てそれぞれ互い
   に一定間隔を保ちながら螺旋状に湾曲していることを特
   徴とする積層螺旋ハニカム構造体。
2. 【請求項２】 積層時薄板の各外形枠の一部分を一致さ
   せるとハニカム貫通孔が総てそれぞれ互いに一定間隔を
   保ちながら螺旋状に湾曲し、外形枠の他の一部分を一致
   させるとハニカム貫通孔が直線状に垂直となるように、
   外形枠と開孔部の幾何学的関係を少しずつ変化させた多
   数の薄板から構成される積層螺旋ハニカム構造体。