JP2021156229A - Heat exchanger and reformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器及び改質器に関する。 The present invention relates to heat exchangers and reformers.
内燃機関の燃料を改質して燃費を改善する技術として、特許文献１には、以下のような技術が開示されている。すなわち、内燃機関の排気通路から排出ガスの一部をＥＧＲ（排ガス再循環）ガスとして吸気通路へ還流させ、このＥＧＲ通路の途中に、改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射弁と改質用燃料を改質する燃料改質触媒とを配置する。そして、改質用燃料噴射弁により噴射された改質用燃料とＥＧＲガス中の水分（水蒸気）等を燃料改質触媒で改質反応させて水素（Ｈ２）や一酸化炭素（ＣＯ）を生成させることで、改質用燃料を改質して燃焼性の高い改質ガスを生成し、その改質ガスを内燃機関の吸気通路に供給している。また、燃料改質触媒の温度と改質ガス量とに基づいて設定された制御領域内となるように改質用燃料の噴射量を制御することで、燃料改質触媒の劣化を抑制して改質性能の向上を図っている。 As a technique for reforming the fuel of an internal combustion engine to improve fuel efficiency, Patent Document 1 discloses the following techniques. That is, a reforming fuel injection valve is modified by returning a part of the exhaust gas from the exhaust passage of the internal combustion engine to the intake passage as EGR (exhaust gas recirculation) gas and injecting the reforming fuel in the middle of the EGR passage. A fuel reforming catalyst that reforms the quality fuel is installed. Then, the reforming fuel injected by the reforming fuel injection valve and the water content (steam) in the EGR gas are reformed and reacted with a fuel reforming catalyst to produce hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). By generating it, the reforming fuel is reformed to generate a highly combustible reformed gas, and the reformed gas is supplied to the intake passage of the internal combustion engine. Further, by controlling the injection amount of the reforming fuel so as to be within the control range set based on the temperature of the fuel reforming catalyst and the reforming gas amount, the deterioration of the fuel reforming catalyst is suppressed. We are trying to improve the reforming performance.
上記燃料改質触媒では、水蒸気と炭化水素とが改質器で反応する際に、排ガスの熱を奪うため、燃料改質触媒を、排気管を流れる排ガスと熱交換することができる構成とし、排ガスから熱を供給し、改質反応を促進させている。 In the above fuel reforming catalyst, when steam and hydrocarbons react in the reformer, the heat of the exhaust gas is taken away, so that the fuel reforming catalyst can exchange heat with the exhaust gas flowing through the exhaust pipe. Heat is supplied from the exhaust gas to promote the reforming reaction.
特許文献１には、上記燃料改質触媒の具体的な材料や構成等は記載されていないが、改質器での反応を促進させるためには、６００℃以上の温度が必要となり、燃料改質触媒を構成する材料として６００℃以上の温度に耐え、かつ、熱交換機能を有する改質触媒が必要となる。 Patent Document 1 does not describe the specific material, composition, etc. of the fuel reforming catalyst, but a temperature of 600 ° C. or higher is required to accelerate the reaction in the reformer, and the fuel reforming As a material constituting the quality catalyst, a reforming catalyst that can withstand a temperature of 600 ° C. or higher and has a heat exchange function is required.
特許文献２には、流路を有する第１の層と第２の層とを互いに交差する方向に積み重ね、焼成したモノリシックセラミック構造を有する熱交換器が開示されている。 Patent Document 2 discloses a heat exchanger having a monolithic ceramic structure in which a first layer having a flow path and a second layer are stacked in a direction intersecting each other and fired.
上記の燃料改質触媒では、水蒸気と炭化水素とが改質器で反応する際に、排ガスの熱を奪うため、触媒を担持した部分では、温度が低下し易い。 In the above fuel reforming catalyst, when steam and hydrocarbons react in the reformer, the heat of the exhaust gas is taken away, so that the temperature tends to decrease in the portion where the catalyst is supported.
しかしながら、特許文献１に記載の燃料改質触媒では、それに対応するための熱交換器の詳しい構造は記載されておらず、特許文献２に記載の熱交換器でも、触媒を担持する部分と熱を供給する部分との形状や構造に差がない。 However, the fuel reforming catalyst described in Patent Document 1 does not describe the detailed structure of the heat exchanger corresponding to the fuel reforming catalyst, and even in the heat exchanger described in Patent Document 2, the portion supporting the catalyst and the heat There is no difference in shape or structure from the part that supplies.
そのため、特許文献２に記載の熱交換器では、充分な量の触媒を担持し、充分な熱を供給しにくく、触媒が担持された部分の温度が低下し、改質効率が低下するおそれがあるという問題がある。 Therefore, the heat exchanger described in Patent Document 2 supports a sufficient amount of catalyst, it is difficult to supply sufficient heat, the temperature of the portion on which the catalyst is supported is lowered, and the reforming efficiency may be lowered. There is a problem.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、改質触媒として使用する際、触媒の活性を高く保つために触媒が担持された部分に排ガスからの熱を充分に供給することができる熱交換器及び改質器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and when used as a reforming catalyst, sufficiently supplies heat from exhaust gas to a portion on which the catalyst is supported in order to maintain high activity of the catalyst. It is an object of the present invention to provide a heat exchanger and a reformer capable of producing a heat exchanger and a reformer.
上記目的を達成するための本発明の熱交換器は、流体（ガス）の第１流通路となる多数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック製の第１のハニカム構造体と、上記第１のハニカム構造体の両側に配置され、流体（ガス）の第２流通路となる多数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック製の第２のハニカム構造体とが、上記第１流通路と上記第２流通路とが直交するように組み合わされた熱交換器であって、
上記第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、上記第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さより薄く、上記第１のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、上記第２のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度より高いことを特徴とする。
The heat exchanger of the present invention for achieving the above object is a first honeycomb structure made of ceramic in which a large number of cells serving as a first flow passage of a fluid (gas) are arranged side by side in the longitudinal direction across a partition wall. A second honeycomb structure made of ceramic, which is arranged on both sides of the first honeycomb structure and in which a large number of cells serving as a second flow passage of a fluid (gas) are arranged side by side in the longitudinal direction across a partition wall. Is a heat exchanger in which the first flow passage and the second flow passage are combined so as to be orthogonal to each other.
The thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure is thinner than the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure, and the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the first honeycomb structure is , The second honeycomb structure is characterized in that it is higher than the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction.
本発明の熱交換器によれば、第１のハニカム構造体に触媒を担持して特許文献１に記載されているような改質触媒として利用する場合、第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さより薄く、第１のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、第２のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度より高いため、触媒を担持する隔壁の面積が広く、多量に担持可能となり、改質効率が高くなる。一方、第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さより厚く、第２のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、第１のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度より低いため、第２のハニカム構造体の熱容量が大きくなり、第１のハニカム構造体により多量の熱を供給することができ、触媒の活性をより高くすることができる。 According to the heat exchanger of the present invention, when a catalyst is supported on the first honeycomb structure and used as a modification catalyst as described in Patent Document 1, the partition wall constituting the first honeycomb structure is used. The thickness of is thinner than the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure, and the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the first honeycomb structure is perpendicular to the longitudinal direction of the second honeycomb structure. Since the cell density is higher than the cell density in the cross section, the area of the partition wall for supporting the catalyst is large, and a large amount can be supported, so that the modification efficiency is high. On the other hand, the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure is thicker than the thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure, and the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the second honeycomb structure is Since it is lower than the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the first honeycomb structure, the heat capacity of the second honeycomb structure is increased, and a large amount of heat can be supplied to the first honeycomb structure, and the catalyst. The activity of the honeycomb can be increased.
また、第１のハニカム構造体の両側に第２のハニカム構造体が配置されているので、両側のハニカム構造体から熱を伝搬させることができ、第１のハニカム構造体に良好に熱を供給することができる。 Further, since the second honeycomb structure is arranged on both sides of the first honeycomb structure, heat can be propagated from the honeycomb structures on both sides, and heat can be satisfactorily supplied to the first honeycomb structure. can do.
本発明の熱交換器では、上記第１のハニカム構造体及び上記第２のハニカム構造体は、それぞれ多数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック製のハニカムセグメントが接着層を介して複数結合されて構成されていることが望ましい。 In the heat exchanger of the present invention, in the first honeycomb structure and the second honeycomb structure, a ceramic honeycomb segment in which a large number of cells are arranged side by side in the longitudinal direction with a partition wall in between forms an adhesive layer. It is desirable that a plurality of them are connected to each other.
熱交換器自体が１個のセラミックから構成されているのではなく、第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体の両方とも、複数のセラミック製のハニカムセグメントを、接着層を介して貼り合わせた構成としていると、１個のハニカムセグメントの大きさを小さくすることができ、かつ、接着層が緩衝材となることで、第１のハニカム構造体と第２のハニカム構造体との間に大きな温度差が発生した場合であっても、破壊等が発生しにくい。また、接着層が熱伝導層としても機能するため、第２のハニカム構造体から第１のハニカム構造体により良好に熱を供給することができる。 The heat exchanger itself is not composed of one ceramic, but both the first honeycomb structure and the second honeycomb structure have a plurality of ceramic honeycomb segments attached via an adhesive layer. With the combined configuration, the size of one honeycomb segment can be reduced, and the adhesive layer serves as a cushioning material, so that between the first honeycomb structure and the second honeycomb structure. Even if a large temperature difference occurs in the honeycomb, it is unlikely to break. Further, since the adhesive layer also functions as a heat conductive layer, heat can be satisfactorily supplied from the second honeycomb structure to the first honeycomb structure.
本発明の熱交換器では、上記第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、０．０８〜０．２０ｍｍであり、上記第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、０．１５〜０．３０ｍｍであることが望ましい。 In the heat exchanger of the present invention, the thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure is 0.08 to 0.20 mm, and the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure is It is preferably 0.15 to 0.30 mm.
本発明の熱交換器において、上記第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さが、０．０８〜０．２０ｍｍであり、上記第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さが、０．１５〜０．３０ｍｍであると、より多量に触媒が担持可能となり、改質効率が高くなるとともに、第２のハニカム構造体から第１のハニカム構造体により多量の熱を供給することができるため、触媒の活性をより高くすることができる。 In the heat exchanger of the present invention, the thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure is 0.08 to 0.20 mm, and the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure is When it is 0.15 to 0.30 mm, a larger amount of catalyst can be supported, the modification efficiency is increased, and a large amount of heat can be supplied from the second honeycomb structure to the first honeycomb structure. Therefore, the activity of the catalyst can be increased.
本発明の改質触媒において、第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さが０．０８ｍｍ未満であると、隔壁の厚さが薄すぎるため、機械的強度が低下し、隔壁が破壊されやすくなり、一方、上記隔壁の厚さが０．２０ｍｍを超えると、隔壁が厚くなるため、触媒を担持する量が少なくなることがある。
また、第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さが０．１５ｍｍ未満であると、隔壁の厚さが薄いので、熱容量が小さくなり、一方、上記隔壁の厚さが０．３０ｍｍを超えると、隔壁が厚すぎるため、排ガスが通過する部分の断面積が小さくなり、圧力損失が高くなることがある。
In the modified catalyst of the present invention, if the thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure is less than 0.08 mm, the thickness of the partition wall is too thin, so that the mechanical strength is lowered and the partition wall is destroyed. On the other hand, if the thickness of the partition wall exceeds 0.20 mm, the partition wall becomes thicker, so that the amount of the catalyst supported may be reduced.
Further, when the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure is less than 0.15 mm, the thickness of the partition wall is thin, so that the heat capacity becomes small, while the thickness of the partition wall exceeds 0.30 mm. Then, since the partition wall is too thick, the cross-sectional area of the portion through which the exhaust gas passes becomes small, and the pressure loss may increase.
本発明の熱交換器では、上記第１のハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、６２〜１２４個／ｃｍ２（４００〜８００個／ｉｎｃｈ２）であり、上記第２のハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、１６〜６２個／ｃｍ２（１００〜４００個／ｉｎｃｈ２）であることが望ましい。 In the heat exchanger of the present invention, the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cells of the first honeycomb structure is 62 to 124 cells / cm 2 (400 to 800 cells / inch 2 ), and the first honeycomb structure is described above. It is desirable that the cell density in the cross section of the honeycomb structure 2 perpendicular to the longitudinal direction is 16 to 62 cells / cm 2 (100 to 400 cells / inch 2).
本発明の熱交換器において、上記第１のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度が、６２〜１２４個／ｃｍ２（４００〜８００個／ｉｎｃｈ２）であり、上記第２のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度が、１６〜６２個／ｃｍ２（１００〜４００個／ｉｎｃｈ２）であると、触媒との接触面積が大きくなり、改質効率を高くすることができる。 In the heat exchanger of the present invention, the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the first honeycomb structure is 62 to 124 pieces / cm 2 (400 to 800 pieces / inch 2 ), and the second When the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb structure is 16 to 62 cells / cm 2 (100 to 400 cells / inch 2 ), the contact area with the catalyst becomes large and the modification efficiency is increased. be able to.
本発明の熱交換器において、第１のハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な断面におけるセル密度が６２個／ｃｍ２より低いと、セル密度が低すぎるので、触媒の表面積が小さくなり、触媒活性が低下することがあり、一方、上記セル密度が１２４個／ｃｍ２より高くなると、触媒を担持できる容積が小さくなることがある。
第２のハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な断面におけるセル密度が１６個／ｃｍ２より低いと、セル密度が低すぎるので、熱容量が小さくなり、充分な量の熱を供給することが難しくなり、一方、上記セル密度が６２個／ｃｍ２より高くなると、圧力損失が高くなることがある。
In the heat exchanger of the present invention, if the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cell of the first honeycomb structure is lower than 62 cells / cm 2 , the cell density is too low and the surface area of the catalyst becomes small. The catalytic activity may decrease, while if the cell density is higher than 124 cells / cm 2, the volume on which the catalyst can be supported may decrease.
If the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cell of the second honeycomb structure is lower than 16 cells / cm 2 , the cell density is too low, so that the heat capacity becomes small and a sufficient amount of heat can be supplied. On the other hand, if the cell density is higher than 62 cells / cm 2 , the pressure loss may increase.
本発明の熱交換器では、上記熱交換器の体積は、０．５〜１．５リットルであることが望ましい。 In the heat exchanger of the present invention, the volume of the heat exchanger is preferably 0.5 to 1.5 liters.
本発明の熱交換器において、上記熱交換器の体積が、０．５〜１．５リットルであると、熱交換器が適切な体積を有しているので、車両等に搭載し易く、熱交換器としての効果を十分に発揮することができる。 In the heat exchanger of the present invention, when the volume of the heat exchanger is 0.5 to 1.5 liters, the heat exchanger has an appropriate volume, so that it can be easily mounted on a vehicle or the like and heat is generated. The effect as a exchanger can be fully exhibited.
上記熱交換器の体積が、０．５リットル未満であると、熱交換器の体積が小さすぎ、充分な量の触媒を担持することが難しくなり、一方、熱交換器の体積が、１．５リットルを超えると、熱交換器の容量が大きくなるため、車両に搭載することが難しくなる。 If the volume of the heat exchanger is less than 0.5 liter, the volume of the heat exchanger is too small and it becomes difficult to carry a sufficient amount of catalyst, while the volume of the heat exchanger is 1. If it exceeds 5 liters, the capacity of the heat exchanger becomes large, which makes it difficult to mount it on a vehicle.
本発明の熱交換器では、上記第１のハニカム構造体を構成するセルの隔壁に触媒が担持されていることが望ましい。
本発明の熱交換器において、上記第１のハニカム構造体を構成するセルの隔壁に触媒が担持されていると、上記第１のハニカム構造体の内部で改質反応を行うことができ、上記第２のハニカム構造体に流入した排ガスから熱の供給を受けることにより、燃料改質触媒としての機能を十分に発揮させることができる。
In the heat exchanger of the present invention, it is desirable that the catalyst is supported on the partition wall of the cell constituting the first honeycomb structure.
In the heat exchanger of the present invention, when the catalyst is supported on the partition wall of the cell constituting the first honeycomb structure, the modification reaction can be carried out inside the first honeycomb structure, and the above-mentioned By receiving heat from the exhaust gas that has flowed into the second honeycomb structure, the function as a fuel reforming catalyst can be fully exhibited.
本発明の熱交換器では、第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体は、炭化ケイ素とシリコンとを含んで構成されていることが望ましい。 In the heat exchanger of the present invention, it is desirable that the first honeycomb structure and the second honeycomb structure are composed of silicon carbide and silicon.
本発明の熱交換器において、第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体が、炭化ケイ素とシリコンとを含んで構成されていると、熱伝導性、耐熱性に優れるため、良好な熱交換性能を有する。 In the heat exchanger of the present invention, when the first honeycomb structure and the second honeycomb structure are composed of silicon carbide and silicon, they are excellent in thermal conductivity and heat resistance, so that good heat is obtained. Has exchange performance.
本発明の熱交換器では、両端面に上記第１のハニカム構造体の両端面が位置する略円柱形状であり、外周面の一部にコート層が形成されていることが望ましい。 In the heat exchanger of the present invention, it is desirable that the heat exchanger has a substantially cylindrical shape in which both end faces of the first honeycomb structure are located on both end faces, and a coat layer is formed on a part of the outer peripheral face.
本発明の熱交換器において、両端面に上記第１のハニカム構造体の両端面が位置する略円柱形状であり、外周面の一部にコート層が形成されていると、第１のハニカム構造体の隔壁に触媒を担持し、第２のハニカム構造体のセルに排ガスを通過させることができ、改質触媒として機能を充分に発揮することができる。 In the heat exchanger of the present invention, if both end faces of the first honeycomb structure are located on both end faces in a substantially cylindrical shape and a coat layer is formed on a part of the outer peripheral face, the first honeycomb structure is formed. The catalyst can be supported on the partition wall of the body, and the exhaust gas can be passed through the cell of the second honeycomb structure, so that the function as a reforming catalyst can be fully exhibited.
本発明の改質器は、上記構成の熱交換器を備えた改質器であって、
上記第２のハニカム構造体には、内燃機関より排出され、主配管を流通する排ガスが通過するように構成され、上記第１のハニカム構造体には、隔壁に改質用の触媒が担持され、上記主配管より分岐した排ガス再循環配管に流入した排ガスが通過するように構成されていることを特徴とする。
The reformer of the present invention is a reformer provided with a heat exchanger having the above configuration.
The second honeycomb structure is configured so that exhaust gas discharged from the internal combustion engine and flowing through the main pipe passes through the second honeycomb structure, and the first honeycomb structure is provided with a catalyst for modification on the partition wall. It is characterized in that the exhaust gas flowing into the exhaust gas recirculation pipe branched from the main pipe is configured to pass through.
本発明の改質器が上記のように構成されていると、第２のハニカム構造体から第１のハニカム構造体に排ガスの熱を良好に供給することができ、内燃機関の燃料を改質して燃費を改善する改質器としての性能を良好に発揮させることができる。さらに、熱交換器が炭化ケイ素とシリコンとからなる場合、改質されたガスに含まれる水素に対して腐食しにくい。 When the reformer of the present invention is configured as described above, the heat of the exhaust gas can be satisfactorily supplied from the second honeycomb structure to the first honeycomb structure, and the fuel of the internal combustion engine is reformed. Therefore, the performance as a reformer that improves fuel efficiency can be satisfactorily exhibited. Further, when the heat exchanger is composed of silicon carbide and silicon, it is less likely to be corroded by hydrogen contained in the modified gas.
（発明の詳細な説明）
本発明の熱交換器について説明する。
本発明の熱交換器は、流体（ガス）の第１流通路となる多数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック製の第１のハニカム構造体と、上記第１のハニカム構造体の両側に配置され、流体（ガス）の第２流通路となる多数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたセラミック製の第２のハニカム構造体とが、上記第１流通路と上記第２流通路とが直交するように組み合わされた熱交換器であって、
上記第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、上記第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さより薄く、上記第１のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、上記第２のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度より高いことを特徴とする。
(Detailed description of the invention)
The heat exchanger of the present invention will be described.
In the heat exchanger of the present invention, a first honeycomb structure made of ceramic in which a large number of cells serving as a first flow passage of a fluid (gas) are arranged side by side in the longitudinal direction across a partition wall, and the first honeycomb structure described above. A second honeycomb structure made of ceramic, which is arranged on both sides of the structure and in which a large number of cells serving as a second flow passage of fluid (gas) are arranged side by side in the longitudinal direction across a partition wall, is the first flow. A heat exchanger in which the path and the second flow passage are combined so as to be orthogonal to each other.
The thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure is thinner than the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure, and the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the first honeycomb structure is , The second honeycomb structure is characterized in that it is higher than the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction.
図１は、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器を模式的に示す斜視図である。
図１に示すように、本発明の熱交換器１００は、流体の第１流通路となる多数のセル１２が隔壁１３を隔てて長手方向に並設されたセラミック製のハニカムセグメント１１が接着層１８を介して３個結合された第１のハニカム構造体１０と、流体の第２流通路となる多数のセル２２が隔壁２３を隔てて長手方向に並設されたセラミック製のハニカムセグメント２１が接着層１８を介して３個結合された第２のハニカム構造体２０とが、第１流通路（セル１２）と第２流通路（セル２２）とが交差するように組み合わされて構成されており、第１のハニカム構造体１０の両側に上記第２のハニカム構造体２０が配置されている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in the
図１に示す熱交換器１００において、第２のハニカム構造体２０の端面のセル２２が露出している面が正面及び背面であり、第１のハニカム構造体１０の端面のセル１２が露出している面が上面及び底面であり、その他の面が側面である。
従って、第１のハニカム構造体１０を構成するセル１２の長手方向は、上下方向であり、第２のハニカム構造体２０を構成するセル２２の長手方向は、背面から正面又は正面から背面の方向であり、側面から見ると、お互いの流路は、直角に交差しているので、２種類の流体（ガス）を流通させ易い。
In the
Therefore, the longitudinal direction of the
図１に示す熱交換器１００では、第１のハニカム構造体１０を構成するハニカムセグメント１１は、３個であり、第１のハニカム構造体１０の両側にそれぞれ３個のハニカムセグメント２１からなる第２のハニカム構造体２０が配置されているが、第１のハニカム構造体１０及び第２のハニカム構造体２０を構成するハニカムセグメント１１、２１の数は、これに限定されるものではなく、２個であってもよく、４個以上であってもよい。
In the
第１のハニカム構造体１０を構成する３個のハニカムセグメント１１は、一列に並んでいるが、一列のハニカムセグメントの数も限定されず、また、列の数も限定されず、例えば、３個のハニカムセグメント１１が２列以上並んでいてもよい。これらの数は、要求される熱交換器の大きさにより決定されるが、両側の第２のハニカム構造体から効率的に第１のハニカム構造体に熱を伝えるためには、第１のハニカム構造体１０の列数は、なるべく少ない方が望ましい。
The three
第２のハニカム構造体２０は、第１のハニカム構造体１０の両側にそれぞれ一列に３個配置されているが、第２のハニカム構造体２０の一列のハニカムセグメントの数も限定されず、列の数も限定されない。両側に存在する第２のハニカム構造体２０は数が多い方が第１のハニカム構造体１０に熱が伝わり易いが、やはり要求される熱交換器の大きさにより限定される。
しかし、第１のハニカム構造体や第２のハニカム構造体は、１個のハニカムセグメントより構成されていてもよいが、１個のハニカムセグメントの大きさが大きくなりすぎるため、ハニカムセグメントの内部に大きな温度差が発生すると破壊され易くなる。従って、第１のハニカム構造体や第２のハニカム構造体は、複数のハニカムセグメントより構成されていることが望ましい。
Three
However, although the first honeycomb structure and the second honeycomb structure may be composed of one honeycomb segment, the size of one honeycomb segment becomes too large, so that the inside of the honeycomb segment is inside. When a large temperature difference occurs, it is easily destroyed. Therefore, it is desirable that the first honeycomb structure and the second honeycomb structure are composed of a plurality of honeycomb segments.
本発明の熱交換器において、熱交換の対象となる流体は、水、エチレングリコール等の有機溶剤、液化ガス等の液体であっても、気体（ガス）であってもよいが、ガスが望ましく、排気ガスがより望ましい。 In the heat exchanger of the present invention, the fluid to be heat exchanged may be water, an organic solvent such as ethylene glycol, a liquid such as liquefied gas, or a gas, but gas is preferable. , Exhaust gas is more desirable.
本発明の熱交換器では、上記第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、上記第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さより薄く、上記第１のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、上記第２のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度より高い。 In the heat exchanger of the present invention, the thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure is thinner than the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure, and the thickness of the partition wall is thinner in the longitudinal direction of the first honeycomb structure. The cell density in the cross section perpendicular to is higher than the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the second honeycomb structure.
本発明の熱交換器において、上記第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、上記第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さより薄く、上記第１のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、上記第２のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度より高いので、第１のハニカム構造体に触媒を担持して特許文献１に記載されているような改質触媒として利用する場合、触媒を担持する隔壁の面積が広くなり、この隔壁に多量に触媒を担持することが可能となり、改質効率が高くなる。一方、第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さより厚く、第２のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、第１のハニカム構造体の長手方向に垂直な断面におけるセル密度より低いため、第２のハニカム構造体の熱容量が大きくなり、第１のハニカム構造体により多量の熱を供給することができ、触媒の活性をより高くすることができる。 In the heat exchanger of the present invention, the thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure is thinner than the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure, and is in the longitudinal direction of the first honeycomb structure. Since the cell density in the cross section perpendicular to the first honeycomb structure is higher than the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the second honeycomb structure, the catalyst is supported on the first honeycomb structure and is described in Patent Document 1. When used as such a reforming catalyst, the area of the partition wall that supports the catalyst becomes large, and a large amount of the catalyst can be supported on the partition wall, so that the reforming efficiency becomes high. On the other hand, the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure is thicker than the thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure, and the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the second honeycomb structure is Since it is lower than the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the first honeycomb structure, the heat capacity of the second honeycomb structure is increased, and a large amount of heat can be supplied to the first honeycomb structure, and the catalyst. The activity of the honeycomb can be increased.
本発明の熱交換器において、第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体の隔壁の厚さは、均一であることが望ましい。具体的には、触媒を担持する第１のハニカム構造体の隔壁の厚さは、０．０８〜０．２０ｍｍであることが望ましく、０．１０〜０．１８ｍｍであることがより望ましい。第１のハニカム構造体の隔壁の厚さが薄いので、表面積が大きくなり、より多量の触媒を担持することが可能となる。 In the heat exchanger of the present invention, it is desirable that the thickness of the partition walls of the first honeycomb structure and the second honeycomb structure is uniform. Specifically, the thickness of the partition wall of the first honeycomb structure carrying the catalyst is preferably 0.08 to 0.20 mm, more preferably 0.10 to 0.18 mm. Since the partition wall of the first honeycomb structure is thin, the surface area is large and a larger amount of catalyst can be supported.
第２のハニカム構造体の隔壁の厚さは、０．１５〜０．３０ｍｍであることが望ましく、０．１８〜０．２８ｍｍであることがより望ましい。第２のハニカム構造体の隔壁の厚さが厚いので、熱容量が大きくなり、多量の熱を第１のハニカム構造体に供給することができる。 The thickness of the partition wall of the second honeycomb structure is preferably 0.15 to 0.30 mm, more preferably 0.18 to 0.28 mm. Since the partition wall of the second honeycomb structure is thick, the heat capacity is increased, and a large amount of heat can be supplied to the first honeycomb structure.
第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体の隔壁の厚さが上記のように設定されていると、より多量に触媒が担持可能となり、改質効率が高くなるとともに、第２のハニカム構造体から第１のハニカム構造体により多量の熱を供給することができるため、触媒の活性をより高くすることができる。 When the thickness of the partition wall of the first honeycomb structure and the second honeycomb structure is set as described above, a larger amount of catalyst can be supported, the modification efficiency is increased, and the second honeycomb is formed. Since a large amount of heat can be supplied from the structure to the first honeycomb structure, the activity of the catalyst can be further increased.
本発明の熱交換器において、ハニカムセグメントを構成するセルの形状としては、例えば、端面が矩形状であり、全体が四角柱状であることが望ましいが、三角柱状や六角柱状であってもよい。
セルの形状はそれぞれ異なっていてもよいが、全て同じであることが望ましい。すなわち、ハニカムセグメントの長手方向に垂直な断面において、隔壁に囲まれたセルのサイズが同じであることが望ましい。容易に製造することができるからである。
In the heat exchanger of the present invention, the shape of the cells constituting the honeycomb segment is preferably, for example, a rectangular end face and a quadrangular columnar shape as a whole, but may be a triangular columnar column or a hexagonal columnar column.
The shapes of the cells may be different, but it is desirable that they are all the same. That is, it is desirable that the size of the cells surrounded by the partition wall is the same in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the honeycomb segment. This is because it can be easily manufactured.
本発明の熱交換器において、第１のハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、６２〜１２４個／ｃｍ２（４００〜８００個／ｉｎｃｈ２）であることが望ましく、７０〜１０９個／ｃｍ２（４５０〜７００個／ｉｎｃｈ２）がより望ましい。表面積が大きくなり、多量の触媒を担持することができるからである。
また、第２のハニカム構造体のセルの長手方向に垂直な断面におけるセル密度は、１６〜６２個／ｃｍ２（１００〜４００個／ｉｎｃｈ２）であることが望ましく、３１〜５５個／ｃｍ２（２００〜３５０個／ｉｎｃｈ２）であることがより望ましい。熱容量がおおきくなり、多量の熱を第１のハニカム構造体に供給することができる。
In the heat exchanger of the present invention, it is desirable that the cell density in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cells of the first honeycomb structure is 62 to 124 cells / cm 2 (400 to 800 cells / inch 2). 70 to 109 pieces / cm 2 (450 to 700 pieces / inch 2 ) is more desirable. This is because the surface area becomes large and a large amount of catalyst can be supported.
The cell density in the cross section of the second honeycomb structure perpendicular to the longitudinal direction is preferably 16 to 62 cells / cm 2 (100 to 400 cells / inch 2 ), and is preferably 31 to 55 cells / cm. 2 (200 to 350 pieces / inch 2 ) is more desirable. The heat capacity becomes large, and a large amount of heat can be supplied to the first honeycomb structure.
本発明の熱交換器の体積は、０．５〜１．５リットルであることが望ましい。
本発明の熱交換器において、上記熱交換器の体積が、０．５〜１．５リットルであると、熱交換器が適切な体積を有しているので、車両等に搭載し易く、熱交換器としての効果を十分に発揮することができる。
The volume of the heat exchanger of the present invention is preferably 0.5 to 1.5 liters.
In the heat exchanger of the present invention, when the volume of the heat exchanger is 0.5 to 1.5 liters, the heat exchanger has an appropriate volume, so that it can be easily mounted on a vehicle or the like and heat is generated. The effect as a exchanger can be fully exhibited.
上記熱交換器の体積が、０．５リットル未満であると、熱交換器の体積が小さすぎ、充分な量の触媒を担持することが難しくなり、一方、熱交換器の体積が、１．５リットルを超えると、改質器の容量が大きくなるため、車両に搭載することが難しくなる。 If the volume of the heat exchanger is less than 0.5 liter, the volume of the heat exchanger is too small and it becomes difficult to carry a sufficient amount of catalyst, while the volume of the heat exchanger is 1. If it exceeds 5 liters, the capacity of the reformer becomes large, and it becomes difficult to mount it on a vehicle.
第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの材料は、特に限定されるものではなく、例えば、コージェライト、アルミナ、シリカ、ムライト等の酸化物系セラミック、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等の炭化物系セラミック、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の窒化物系セラミック等や、これらのセラミックと金属との複合材料等が挙げられる。これらのなかでは、炭化ケイ素の複合材料が好ましく、シリコンと炭化ケイ素とからなる複合材料が特に望ましい。 The material of the first honeycomb structure and the honeycomb segment constituting the second honeycomb structure is not particularly limited, and for example, oxide-based ceramics such as cordierite, alumina, silica, and mullite, silicon carbide, and the like. Examples thereof include carbide-based ceramics such as zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide, nitride-based ceramics such as aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride, and composite materials of these ceramics and metals. .. Among these, a composite material of silicon carbide is preferable, and a composite material composed of silicon and silicon carbide is particularly desirable.
シリコンと炭化ケイ素とからなる複合材料の具体的な構成は特に限定されるものではないが、炭化ケイ素粒子の隙間にシリコンが入り込み、独立した炭化ケイ素粒子が周囲に存在するシリコンにより接着された状態のシリコンと炭化ケイ素の複合材料が望ましい。
このような態様のシリコンと炭化ケイ素とからなる複合材料は、後述するように、ハニカム成形体の脱脂体に溶融状態のシリコンを接触させることにより製造することができる。
開気孔を有する多孔質の炭化ケイ素焼結体の開気孔にシリコンが充填されたものであってもよい。
The specific composition of the composite material composed of silicon and silicon carbide is not particularly limited, but a state in which silicon enters the gaps between the silicon carbide particles and independent silicon carbide particles are adhered to each other by the surrounding silicon. A composite material of silicon and silicon carbide is desirable.
A composite material composed of silicon and silicon carbide in such an embodiment can be produced by contacting molten silicon with a degreased body of a honeycomb molded body, as will be described later.
Silicon may be filled in the open pores of a porous silicon carbide sintered body having open pores.
溶融状態のシリコンと炭化ケイ素とを接触させる際、複数のハニカム成形体の脱脂体が炭化ケイ素を含む接着層を介してお互いに密着した状態で溶融シリコンと接触させることにより、炭化ケイ素とシリコンとからなる接着層も形成され、複数のハニカムセグメントが炭化ケイ素とシリコンとからなる接着層で結合された熱交換器とすることができる。 When the molten silicon and silicon carbide are brought into contact with each other, the degreased bodies of a plurality of honeycomb molded bodies are brought into contact with the molten silicon in a state of being in close contact with each other via an adhesive layer containing silicon carbide, thereby causing the silicon carbide and silicon to come into contact with each other. An adhesive layer made of silicon carbide is also formed, and a heat exchanger in which a plurality of honeycomb segments are bonded by an adhesive layer made of silicon carbide and silicon can be obtained.
接着層は、特に限定されるものではないが、ハニカムセグメントと同様、炭化ケイ素粒子の隙間にシリコンが入り込んだ状態の複合材料が望ましい。このような複合材料は、後述するように、炭化ケイ素を含む原料ペーストを、ハニカム成形体同士を接着させるために側壁に塗布し、ハニカム成形体同士を接着させた後乾燥させ、これらを溶融状態のシリコンと接触させることにより作製することができる。 The adhesive layer is not particularly limited, but like the honeycomb segment, a composite material in which silicon is contained in the gaps between the silicon carbide particles is desirable. In such a composite material, as will be described later, a raw material paste containing silicon carbide is applied to the side wall in order to bond the honeycomb molded bodies to each other, the honeycomb molded bodies are bonded to each other, and then dried, and these are melted. It can be produced by contacting with silicon.
本発明の熱交換器において、第１のハニカム構造体を構成するセルには、触媒が担持されていることが望ましく、燃料改質触媒が担持されていることがより望ましい。
触媒としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄが望ましく、Ｒｈがより望ましい。担体に担持された触媒としては、Ｒｈ／ＺｒＯ２、Ｒｈ／ＣｏＯ２が望ましい。担体は、シリカ、アルミナの他のセラミックであってもよい。
In the heat exchanger of the present invention, it is desirable that a catalyst is supported on the cells constituting the first honeycomb structure, and it is more desirable that a fuel reforming catalyst is supported on the cells.
As the catalyst, Co, Ni, Rh, Pt, and Pd are preferable, and Rh is more preferable. As the catalyst supported on the carrier, Rh / ZrO 2 and Rh / CoO 2 are desirable. The carrier may be silica, other ceramics of alumina.
本発明の熱交換器の形状としては、図１に示すような角柱状のほか、円柱状、楕円柱状、長円柱状、丸面取りされている角柱状（例えば、丸面取りされている三角柱状）等が挙げられるが、後述する改質器として収納され易い形状である円柱状が望ましい。 The shape of the heat exchanger of the present invention includes a prismatic shape as shown in FIG. 1, a columnar shape, an elliptical columnar shape, an oblong columnar shape, and a round chamfered prismatic shape (for example, a round chamfered triangular columnar shape). However, a columnar shape that is easily stored as a reformer, which will be described later, is desirable.
ハニカムセグメントの形状は、特に限定されるものではないが、複数のハニカムセグメントを接着させて第１のハニカム構造体又は第２のハニカム構造体を作製する必要があるので、四角柱状が望ましい。四角柱状のハニカムセグメント四角柱状では、端面の形状は、矩形となる。 The shape of the honeycomb segment is not particularly limited, but a square columnar shape is desirable because it is necessary to bond a plurality of honeycomb segments to form a first honeycomb structure or a second honeycomb structure. Square columnar honeycomb segment In the square columnar shape, the shape of the end face is rectangular.
ハニカムセグメントの端面が矩形からなる場合、長い方の辺の長さが２０〜５０ｍｍであることが望ましい。上記ハニカムセグメントの端面が矩形からなり、長い方の辺の長さが２０〜５０ｍｍであると、ハニカムセグメントの形状が充分に小さいので、熱交換器全体に大きな温度差が発生した場合であっても、破壊等が発生しにくいからである。 When the end face of the honeycomb segment is rectangular, it is desirable that the length of the longer side is 20 to 50 mm. If the end face of the honeycomb segment is rectangular and the length of the longer side is 20 to 50 mm, the shape of the honeycomb segment is sufficiently small, so that a large temperature difference occurs in the entire heat exchanger. However, it is unlikely to be destroyed.
［熱交換器の製造方法］
次に、本発明の熱交換器を製造する方法について説明する。
本発明の熱交換器を製造する際には、以下に示す工程を経て、ハニカムセグメントを複数接着させた第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体からなる熱交換器を製造する。以下では、上記ハニカム構造体を構成する材料として、炭化ケイ素及びシリコンを使用した場合について説明するが、ハニカム構造体を構成する材料は、上記材料に限られない。
[Manufacturing method of heat exchanger]
Next, a method for manufacturing the heat exchanger of the present invention will be described.
When manufacturing the heat exchanger of the present invention, a heat exchanger composed of a first honeycomb structure and a second honeycomb structure having a plurality of honeycomb segments bonded to each other is manufactured through the following steps. Hereinafter, the case where silicon carbide and silicon are used as the material constituting the honeycomb structure will be described, but the material constituting the honeycomb structure is not limited to the above material.
本発明の熱交換器は、例えば、炭化ケイ素粉末、有機バインダ等を含む原料ペーストを成形することにより、複数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム成形体を作製する成形工程と、上記成形工程により成形されたハニカム成形体を乾燥する乾燥工程と、上記乾燥工程により乾燥されたハニカム成形体同士を接着させるために接着層を形成する接着層形成工程と、接着層を形成した複数のハニカム成形体を加熱して、脱脂し、さらに高温に加熱し、脱脂体に溶融シリコンを含浸させることにより、炭化ケイ素とシリコンの複合材料からなるハニカムセグメントを製造するとともに、ハニカムセグメント同士を接着する脱脂・含浸・接着工程を行うことにより製造することができる。 The heat exchanger of the present invention is a molding process for producing a honeycomb molded body in which a plurality of cells are arranged side by side in the longitudinal direction with a partition wall separated by, for example, by molding a raw material paste containing silicon carbide powder, an organic binder, or the like. A drying step of drying the honeycomb molded body formed by the molding step, an adhesive layer forming step of forming an adhesive layer for adhering the honeycomb molded bodies dried by the drying step, and an adhesive layer forming. A honeycomb segment made of a composite material of silicon carbide and silicon is produced by heating, degreasing, and further heating the degreased body to a high temperature, and impregnating the degreased body with molten silicon. It can be manufactured by performing degreasing, impregnation, and bonding steps.
（成形工程）
成形工程では、まず、炭化ケイ素粉末、有機バインダ等を混合して原料ペーストを調製する。
原料ペーストには、さらに造孔剤、成形助剤、水等の分散媒等が含まれていてもよい。
(Molding process)
In the molding step, first, a raw material paste is prepared by mixing silicon carbide powder, an organic binder and the like.
The raw material paste may further contain a pore-forming agent, a molding aid, a dispersion medium such as water, and the like.
有機バインダとしては、特に限定されないが、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。 The organic binder is not particularly limited, and examples thereof include methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol, phenol resin, epoxy resin, and the like, and two or more kinds may be used in combination.
造孔剤としては、特に限定されないが、例えば、アクリル樹脂、コークス、デンプン等が挙げられる。
造孔剤とは、ハニカムセグメントを製造する際、ハニカムセグメントの内部に気孔を導入するために用いられるものをいう。
The pore-forming agent is not particularly limited, and examples thereof include acrylic resin, coke, and starch.
The pore-forming agent refers to an agent used to introduce pores inside the honeycomb segment when the honeycomb segment is manufactured.
成形助剤としては、特に限定されないが、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。 The molding aid is not particularly limited, and examples thereof include ethylene glycol, dextrin, fatty acid, fatty acid soap, and polyalcohol, and two or more of them may be used in combination.
分散媒としては、特に限定されないが、水、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール等が挙げられ、二種以上併用してもよい。 The dispersion medium is not particularly limited, and examples thereof include water, an organic solvent such as benzene, an alcohol such as methanol, and two or more thereof may be used in combination.
原料ペーストを調製する際には、混合混練することが望ましく、ミキサー、アトライタ等を用いて混合してもよく、ニーダー等を用いて混練してもよい。 When preparing the raw material paste, it is desirable to mix and knead, and the mixture may be mixed using a mixer, an tryter or the like, or may be kneaded using a kneader or the like.
成形工程では、上記原料ペーストを押出成形することにより、複数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカム成形体を得る。
ハニカム成形体の形状は特に限定されるものではないが、角柱形状が望ましい。また、第１のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントと第２のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントとは、隔壁の厚さやセル密度が異なるので、それに合致するような形状のハニカム成形体をそれぞれ作製する必要がある。
In the molding step, the raw material paste is extruded to obtain a honeycomb molded body in which a plurality of cells are arranged side by side in the longitudinal direction with a partition wall interposed therebetween.
The shape of the honeycomb molded body is not particularly limited, but a prismatic shape is desirable. Further, since the honeycomb segment forming the first honeycomb structure and the honeycomb segment forming the second honeycomb structure are different in the thickness of the partition wall and the cell density, a honeycomb molded body having a shape matching the thickness and the cell density is different from each other. Need to make.
（乾燥工程）
続いて、ハニカム成形体を乾燥してハニカム乾燥体を得る乾燥工程を行う。
乾燥工程では、マイクロ波乾燥機、熱風乾燥機、誘電乾燥機、減圧乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機等の乾燥機を用いて、ハニカム成形体を乾燥してハニカム乾燥体を作製する。
この工程により、第１のハニカム構造体を構成するハニカムセグメント用のハニカム乾燥体と第２のハニカム構造体を構成するハニカムセグメント用のハニカム乾燥体が作製される。
(Drying process)
Subsequently, a drying step of drying the honeycomb molded body to obtain a honeycomb dried body is performed.
In the drying step, a honeycomb dryer is dried using a dryer such as a microwave dryer, a hot air dryer, a dielectric dryer, a vacuum dryer, a vacuum dryer, or a freeze dryer to prepare a honeycomb dryer.
By this step, a honeycomb dried body for the honeycomb segment constituting the first honeycomb structure and a honeycomb dried body for the honeycomb segment forming the second honeycomb structure are produced.
（接着層形成工程）
この工程では、原料ペーストと同じ組成のペーストを用い、ハニカム乾燥体同士を接着させて接着層を形成し、ハニカム乾燥体の集合体を作製する。
この際、脱脂・含浸・接着工程を経ることにより、本発明の熱交換器の構成となるように上記した形状の異なる２種類のハニカム乾燥体を組み合わせて接着する。
(Adhesive layer forming process)
In this step, a paste having the same composition as the raw material paste is used, and the dried honeycomb bodies are adhered to each other to form an adhesive layer to prepare an aggregate of the dried honeycomb bodies.
At this time, by going through the degreasing, impregnation, and bonding steps, the two types of dried honeycombs having different shapes described above are combined and bonded so as to form the heat exchanger of the present invention.
（脱脂・含浸・接着工程）
この工程では、脱脂工程を行った後、引き続き、含浸・接着工程を行う。
従って、この工程においては、上面が開口しているセラミック製の容器の底面にシリコン（金属ケイ素）を配置し、容器の内部に多孔質のセラミックからなる支持具を介してハニカム乾燥体の集合体を配置し、脱脂工程を行った後、含浸・接着工程を行う。
(Degreasing / impregnation / bonding process)
In this step, after performing the degreasing step, the impregnation / bonding step is subsequently performed.
Therefore, in this step, silicon (metallic silicon) is placed on the bottom surface of a ceramic container having an open upper surface, and an aggregate of dried honeycombs is placed inside the container via a support made of porous ceramics. After arranging and performing a degreasing step, an impregnation / bonding step is performed.
脱脂工程では、乾燥工程により乾燥されたハニカム乾燥体を４００〜１４００℃の温度で加熱し、ハニカム乾燥体に含まれる有機分を焼失させる。脱脂温度は、４００〜６００℃がより望ましい。 In the degreasing step, the dried honeycomb body dried by the drying step is heated at a temperature of 400 to 1400 ° C. to burn off the organic components contained in the dried honeycomb body. The degreasing temperature is more preferably 400 to 600 ° C.
続いて、含浸、接着工程を行う。すなわち、脱脂工程を終了した脱脂体を１４２０〜２０００℃の温度で加熱し、炭化ケイ素とシリコンの複合材料とする。加熱温度は、１４２０〜１６００がより望ましい。
上記温度で加熱することにより溶融したシリコン（金属ケイ素）が毛細管現象により多孔質の支持具を通じて脱脂体の隔壁を構成する炭化ケイ素の粒子の隙間に入り込み、その隙間にシリコンが含浸される。
Subsequently, impregnation and bonding steps are performed. That is, the degreased body that has completed the degreasing step is heated at a temperature of 1420 to 2000 ° C. to obtain a composite material of silicon carbide and silicon. The heating temperature is more preferably 1420 to 1600.
Silicon (metallic silicon) melted by heating at the above temperature enters the gaps between the silicon carbide particles constituting the partition wall of the degreased body through the porous support due to the capillary phenomenon, and the gaps are impregnated with silicon.
また、溶融したシリコンは、脱脂された接着層の間にも入り込み、接着層に含まれる炭化ケイ素と複合材を形成し、ハニカムセグメント同士をしっかりと接着する。
上記の温度範囲であると、得られる熱交換器は、その構成成分である炭化ケイ素の殆どが焼結されず、炭化ケイ素粒子とシリコンとがそれぞれ独立して存在する未焼結のハニカム構造体となる。すなわち、ハニカムセグメントを構成する隔壁は、独立した炭化ケイ素粒子が周囲に存在するシリコンにより接着された状態のシリコンと炭化ケイ素との複合材料から構成される。この未焼結のハニカム構造体は、ヤング率が高く、変形し難い特性を有しており、熱交換器として有用である。
Further, the molten silicon also penetrates between the degreased adhesive layers to form a composite material with the silicon carbide contained in the adhesive layers, and firmly adheres the honeycomb segments to each other.
Within the above temperature range, the resulting heat exchanger is an unsintered honeycomb structure in which most of its constituent silicon carbide is not sintered and silicon carbide particles and silicon are present independently of each other. It becomes. That is, the partition wall constituting the honeycomb segment is composed of a composite material of silicon and silicon carbide in a state where independent silicon carbide particles are adhered by silicon existing around the honeycomb segment. This unsintered honeycomb structure has a high Young's modulus and is not easily deformed, and is useful as a heat exchanger.
また、上記工程を経ることにより、第１流通路となる多数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカムセグメントが接着層を介して複数結合された第１のハニカム構造体と、第２流通路となる多数のセルが隔壁を隔てて長手方向に並設されたハニカムセグメントが接着層を介して複数結合された第２のハニカム構造体とが、第１流通路と第２流通路とが交差するように組み合わされてなる熱交換器を製造することができる。
上記工程を経ることにより、加熱が一度で済むため、製造コストを下げることができる。
Further, by going through the above steps, a first honeycomb structure in which a large number of cells serving as a first flow passage are arranged side by side in the longitudinal direction with a partition wall in between is connected to a plurality of honeycomb segments via an adhesive layer. A second honeycomb structure in which a large number of cells serving as a second flow passage are arranged side by side in the longitudinal direction across a partition wall and a plurality of honeycomb segments are connected via an adhesive layer is provided as a first flow passage and a second distribution. It is possible to manufacture heat exchangers that are combined so as to intersect the roads.
By going through the above steps, heating can be performed only once, so that the manufacturing cost can be reduced.
上記脱脂工程において、それぞれのハニカム乾燥体に対し、脱脂工程及びシリコンの含浸工程を行って隔壁がシリコンと炭化ケイ素とからなるハニカムセグメントを作製し、作製したハニカムセグメントに接着層を形成し、接着層を介してハニカムセグメントを接着することにより、本発明の熱交換器を製造してもよい。 In the above degreasing step, each of the dried honeycombs is subjected to a degreasing step and a silicon impregnation step to prepare a honeycomb segment having a partition wall made of silicon and silicon carbide, and an adhesive layer is formed on the prepared honeycomb segment to bond them. The heat exchanger of the present invention may be manufactured by adhering the honeycomb segments through the layers.
また、それぞれのハニカム乾燥体を脱脂する脱脂工程を行った後、通常の焼成工程を行って多孔質の炭化ケイ素の焼結体からなるハニカム焼成体を製造し、その後、ハニカム焼成体同士を接着させる接着工程やシリコンを含浸させる含浸工程を行ってもよい。 Further, after performing a degreasing step of degreasing each dried honeycomb body, a normal firing step is performed to produce a honeycomb fired body made of a porous silicon carbide sintered body, and then the honeycomb fired bodies are adhered to each other. You may perform the bonding step to impregnate the silicon and the impregnation step to impregnate the silicon.
（触媒担持工程）
ハニカム構造体にロジウム等の貴金属からなる燃料改質触媒等の触媒を担持する方法としては、例えば、貴金属粒子もしくは錯体を含む溶液にハニカム構造体を浸漬した後、引き上げて加熱する方法等が挙げられる。触媒を担体に担持した後、上記工程を行ってもよい。
熱交換器がコート層を備える場合、コート層を形成する前のハニカムセグメントに貴金属を担持してもよいし、コート層を形成した後のハニカムセグメント又は熱交換器に貴金属を担持してもよい。
(Catalyst support step)
Examples of the method of supporting a catalyst such as a fuel reforming catalyst made of a noble metal such as rhodium on the honeycomb structure include a method of immersing the honeycomb structure in a solution containing noble metal particles or a complex and then pulling it up to heat it. Be done. The above step may be performed after the catalyst is supported on the carrier.
When the heat exchanger includes a coat layer, the noble metal may be supported on the honeycomb segment before the coat layer is formed, or the noble metal may be supported on the honeycomb segment or the heat exchanger after the coat layer is formed. ..
本発明の熱交換器に燃料改質用の触媒を担持して燃料改質触媒とし、改質器に収納する場合、図１に示したように角柱形状の熱交換器を使用してもよいが、収納し易い円柱形状とすることが望ましい。 When a catalyst for fuel reforming is supported on the heat exchanger of the present invention to serve as a fuel reforming catalyst and stored in the reformer, a prismatic heat exchanger may be used as shown in FIG. However, it is desirable to have a cylindrical shape that is easy to store.
図２（ａ）は、第２の実施形態に係る熱交換器を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した熱交換器のＡ−Ａ線断面図である。
この熱交換器２００は、両端面に第１のハニカム構造体１０の両端面が位置する略円柱形状をなしており、外周面の一部にコート層３２が形成されている。
FIG. 2A is a perspective view schematically showing the heat exchanger according to the second embodiment, and FIG. 2B is a line AA of the heat exchanger shown in FIG. 2A. It is a cross-sectional view.
The
上述のように、図１に示す熱交換器１００は、角柱形状であり、改質器に収納しにくい。
そこで、第２の実施形態に係る熱交換器２００では、改質器に収納し易い円柱形状としている。すなわち、図２（ａ）及び（ｂ）に示す熱交換器２００は、図１に示す熱交換器１００に対し、正面、背面及び側面を切削加工することにより円柱形状とし、円柱の外周面の所定の箇所にコート層を形成し、改質器に収納可能な熱交換器となるように再構成したものである。
As described above, the
Therefore, the
上記した切削加工を施すと、第１のハニカム構造体１０及び第２のハニカム構造体２０は、セルを構成する隔壁の一部が削除され、一部の隔壁が露出するため、流体（ガス）を通過させることができないセルが発生する。
そこで、第２の実施形態に係る熱交換器２００では、第２のハニカム構造体２０の両端面の略真ん中となる部分にコート層３２ａを形成するとともに、第１のハニカム構造体１０の側面となる部分にもコート層３２ｂを形成し、さらに後述するセラミック繊維からなる保持マットで保持が可能なように、上下面に近い部分の全周面にもコート層３２ｃ、３２ｄを形成し、熱交換器として機能させるとともに改質器に保持マットを介して収納できる構成としている。
When the above-mentioned cutting process is performed, in the
Therefore, in the
この熱交換器２００では、第１のハニカム構造体１０の両側の第２のハニカム構造体２０にコート層が形成されていない隔壁が露出した開口部が２つずつあり、流体入り口３３ａ及び流体出口３３ｂとなっている。開口部である流体入り口３３ａから侵入した排ガス等の流体は、セルの内部を通過し、他の開口部である流体出口３３ｂから排出されるようになっている。
In this
図２（ａ）及び（ｂ）に示した本発明の熱交換器において、第１のハニカム構造体１０の開口面積と、第２のハニカム構造体２０の開口面積との比（第１のハニカム構造体の開口面積／第２のハニカム構造体の開口面積）は、０．４〜０．９であることが望ましい。
なお、第１のハニカム構造体の開口面積とは、熱交換器２００の端面において第１のハニカム構造体１０のセル１２が露出している部分の面積をいい、第２のハニカム構造体２０の開口面積とは、熱交換器の外周面において、コート層で覆われておらず、セル２２が露出している部分（流体入り口３３ａ及び流体出口３３ｂ）の面積をいう。開口部が曲面に形成されている場合は、曲面に沿って開口部の長さを測定する。
In the heat exchanger of the present invention shown in FIGS. 2A and 2B, the ratio of the opening area of the
The opening area of the first honeycomb structure means the area of the end face of the
第１のハニカム構造体１０の開口面積と、第２のハニカム構造体２０の開口面積との比（第１のハニカム構造体の開口面積／第２のハニカム構造体の開口面積）が０．４〜０．９となるように、第２のハニカム構造体２０の開口面積を大きくとることにより、第１のハニカム構造体１０に両側の第２のハニカム構造体２０から多量の熱を供給することができ、触媒の活性を高くすることができる。
The ratio of the opening area of the
第２のハニカム構造体２０のセル２２を通過する排ガス等の流体の熱は、第１のハニカム構造体１０のセル１２を通過する流体（ガス）に伝えられ、例えば、吸熱反応による流体（ガス）の温度の低下を抑制することができる。
The heat of a fluid such as exhaust gas passing through the
上述のように、図２（ａ）及び（ｂ）に示す第２の実施形態に係る熱交換器２００は、図１に示す第１の実施形態に係る熱交換器１００を製造した後、ダイヤモンドカッター等の切削工具を用いて切削加工を施し、円柱形状とし、この後、図２（ａ）及び（ｂ）に示したコート層を形成する箇所にコート層用ペーストを塗布し、乾燥固化してコート層を形成することにより製造することができる。コート層用ペーストとしては、原料ペーストと同じ組成のものが挙げられる。切削加工及びコート層形成工程は上記脱脂、含浸工程の前に行って、円筒状のハニカム乾燥体の集合体を脱脂し、含浸・接着してもよい。こうすることで、コート層にもシリコンを含浸することができる。
As described above, the
図３（ａ）は、上記構成の熱交換器を改質器に収納する際に用いられる保持マットを模式的に示した斜視図であり、図３（ｂ）は、この保持マットを熱交換器に巻き付ける巻き付け方法を模式的に示す説明図である。 FIG. 3A is a perspective view schematically showing a holding mat used when the heat exchanger having the above configuration is housed in the reformer, and FIG. 3B is a heat exchange of the holding mat. It is explanatory drawing which shows typically the winding method of wrapping around a vessel.
保持マット５０は、マット５１の両端部に凸部５１ａ及び凹部５１ｂを有するとともに、熱交換器２００に巻き付けた際に流体入り口３３ａ及び流体出口３３ｂが露出するように、開口部５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆが形成されており、図３（ｂ）に示すように、熱交換器２００に巻き付けると、開口部５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆを介して流体入り口３３ａ及び流体出口３３ｂが露出し、保持マット５０を介して改質器に押し込んで、固定することにより、流体入り口３３ａ及び流体出口３３ｂが露出した状態で改質器にしっかりと収納される。
The holding
本発明の改質器は、上述の熱交換器を備えた改質器であって、
上記第２のハニカム構造体には、内燃機関より排出され、主排気管を流通する排ガスが通過するように構成され、上記第１のハニカム構造体には、隔壁に改質用の触媒が担持され、上記主排気管より分岐した排ガス再循環配管に流入した排ガスが通過するように構成されていることを特徴とする。
The reformer of the present invention is a reformer provided with the above-mentioned heat exchanger.
The second honeycomb structure is configured so that exhaust gas discharged from the internal combustion engine and flowing through the main exhaust pipe passes through the second honeycomb structure, and the first honeycomb structure carries a catalyst for modification on the partition wall. The exhaust gas is configured to pass through the exhaust gas recirculation pipe branched from the main exhaust pipe.
図４は、本発明の改質器を備えた燃料改質ガソリンエンジンシステムを模式的に示す説明図である。
この燃料改質ガソリンエンジンシステム３００では、ガソリンエンジン４１から排出される排気ガスを通過させる排気管４２の途中で排気管が主排気管４３と排ガス再循環配管４４（以下、ＥＧＲ管という）とに分岐し、ＥＧＲ管４４の途中に燃料改質触媒として機能する熱交換器２００及び保持マット５０を収納した改質器３０が配置されている。図４に示すように、この改質器３０には、主排気管４３も接続されており、主排気管４３を流れるガスは、保持マット５０の開口部５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ及び熱交換器２００の流体入り口３３ａ及び流体出口３３ｂを介して第２のハニカム構造体２０のセル２２に導入、排出され、一方、ＥＧＲ管４４を流れるガスは、熱交換器２００を構成する第１のハニカム構造体１０のセル１２を通過し、熱交換がなされる。なお、図中、４５は、自動弁であり、状況に応じて適宜、開閉する。
FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a fuel reformed gasoline engine system equipped with the reformer of the present invention.
In the fuel reformed
ＥＧＲ管４４における改質器３０の入り口には、改質用燃料噴射装置４６が配置されており、この改質用燃料噴射装置４６より改質用燃料が噴射される。一方、ガソリンエンジン４１の吸入用配管４９には、ポート式燃料噴射装置４８が配置されており、吸入時にエンジン用の燃料が噴射される。
A reforming
改質器３０では、改質用燃料噴射装置４６より噴射された燃料は、排ガス中の水蒸気とガソリン燃料の主成分である炭化水素とが熱交換器２００に担持された燃料改質触媒により活性化されて反応し、水素と一酸化炭素とメタンに変わる。このような組成の水素を含む気体は、エンジンの吸入空気と混ざるとともに、ポート式燃料噴射装置４８より噴射された燃料とも混ざり、混合気となってガソリンエンジン４１の内部に入り、ガソリンエンジン４１の内部で燃焼される。混合気に混じった水素は、燃焼速度を速めることができ、ガソリンエンジン４１の燃焼効率を高めることができる。
In the
改質器３０内の第１のハニカム構造体１０では、上記した燃料改質触媒の存在下での吸熱反応により熱を奪われるが、本発明の熱交換器では、第２のハニカム構造体２０から第１のハニカム構造体１０に排ガスの熱を良好に供給することができ、温度低下が抑制され、内燃機関（ガソリンエンジン）の燃料を改質して燃費を改善する改質触媒としての性能を良好に発揮させることができる。さらに、熱交換器が炭化ケイ素とシリコンからなる場合、改質されたガスに含まれる水素に対して腐食しにくい。
In the
（実施例）
以下、本発明の実施形態をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
(Example)
Hereinafter, examples in which the embodiments of the present invention are disclosed more specifically will be shown. The present invention is not limited to these examples.
（実施例１） (Example 1)
平均粒子径２２μｍを有する炭化ケイ素の粗粉末５６．３重量％と、平均粒子径０．５μｍの炭化ケイ素の微粉末２４．１重量％とを混合し、得られた混合物に対して、有機バインダ（メチルセルロース）４．４重量％、潤滑剤（日油社製 ユニルーブ）０．８重量％、グリセリン０．８重量％、オレイン酸２．２重量％、および、水１１．３重量％を加えて混練して原料ペーストを得た。 56.3% by weight of a coarse silicon carbide powder having an average particle size of 22 μm and 24.1% by weight of a fine powder of silicon carbide having an average particle size of 0.5 μm were mixed, and an organic binder was added to the obtained mixture. Add 4.4% by weight of (methylcellulose), 0.8% by weight of lubricant (Unilube manufactured by Nichiyu Co., Ltd.), 0.8% by weight of glycerin, 2.2% by weight of oleic acid, and 11.3% by weight of water. The raw material paste was obtained by kneading.
この後、第１のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントを製造するための金型、及び、第２のハニカム構造体を構成するハニカム成形体を製造するための金型を用い、原料ペーストの押出成形を行い、ハニカム成形体を作製した。 After that, the raw material paste is extruded using a mold for manufacturing the honeycomb segment constituting the first honeycomb structure and a mold for manufacturing the honeycomb molded body constituting the second honeycomb structure. Molding was performed to prepare a honeycomb molded body.
上記工程により作製された第１のハニカム構造体を構成するハニカムセグメント用のハニカム成形体は、端面の形状に関し、１辺の長さが３４．３ｍｍの正方形で、その長さは、１０５ｍｍ、セル密度は、７８個／ｃｍ２（５００個／ｉｎｃｈ２）、隔壁の厚さは、０．１５ｍｍであった。 The honeycomb molded body for the honeycomb segment constituting the first honeycomb structure produced by the above step is a square having a side length of 34.3 mm with respect to the shape of the end face, and the length is 105 mm and the cell. The density was 78 pieces / cm 2 (500 pieces / inch 2 ), and the thickness of the partition wall was 0.15 mm.
また、第２のハニカム構造体を構成するハニカムセグメント用のハニカム成形体は、端面の形状に関し、１辺の長さが３４．３ｍｍの正方形で、その長さは、１０５ｍｍ、セル密度は、４７個／ｃｍ２（３００個／ｉｎｃｈ２）、隔壁の厚さは、０．２５ｍｍであった。 Further, the honeycomb molded body for the honeycomb segment constituting the second honeycomb structure is a square having a side length of 34.3 mm with respect to the shape of the end face, the length is 105 mm, and the cell density is 47. The number of pieces / cm 2 (300 pieces / inch 2 ) and the thickness of the partition wall were 0.25 mm.
次いで、マイクロ波乾燥機を用いて上記生のハニカム成形体を乾燥させることにより、ハニカム成形体の乾燥体を作製した。 Next, the raw honeycomb molded body was dried using a microwave dryer to prepare a dried honeycomb molded body.
得られた第１のハニカム構造体を構成するハニカムセグメント用のハニカム乾燥体と第２のハニカム構造体を構成するハニカムセグメント用のハニカム乾燥体とを用い、原料ペーストを接着材として、製造工程を終えたハニカム乾燥体の集合体が図１に示す熱交換器１００の構成となるようにハニカム乾燥体を組み合わせた。接着層の厚みはそれぞれ１ｍｍとした。
Using the obtained honeycomb dried body for the honeycomb segment constituting the first honeycomb structure and the honeycomb dried body for the honeycomb segment constituting the second honeycomb structure, the manufacturing process is performed using the raw material paste as an adhesive. The honeycomb dried bodies were combined so that the finished aggregate of the honeycomb dried bodies had the configuration of the
得られたハニカム乾燥体の集合体をその両端面が第１のハニカム構造体の端面になるように、直径が１０３ｍｍ、長さが１０５ｍｍの円柱状に外形加工した。さらに、第２のハニカム構造体の端部の開口部の開口面積がそれぞれ７０ｍｍ×３５ｍｍとなるように外周加工したハニカム乾燥体の集合体の外周をコート材で塗布した。コート材には上記接着剤と同じものを用いた。なお、開口長さは外周の曲面に沿って測定したものである。 The obtained aggregate of the dried honeycombs was externally processed into a columnar shape having a diameter of 103 mm and a length of 105 mm so that both end faces thereof would be the end faces of the first honeycomb structure. Further, the outer periphery of the aggregate of the dried honeycombs whose outer circumference was processed so that the opening area of the opening at the end of the second honeycomb structure was 70 mm × 35 mm was coated with a coating material. The same adhesive as above was used as the coating material. The opening length is measured along the curved surface of the outer circumference.
底面に金属ケイ素（シリコン）を載置したセラミック製の容器に、支持具を介してコート層が形成されたハニカム乾燥体の集合体を載置し、加熱炉に搬入し、大気雰囲気下、４００℃で脱脂する脱脂工程を行った後、加熱炉内をアルゴンガスで置換し、１４５０℃、１時間の加熱条件下、含浸接着工程を行った。 An aggregate of dried honeycombs having a coat layer formed via a support was placed in a ceramic container on which metallic silicon (silicon) was placed on the bottom surface, and carried into a heating furnace. Under an air atmosphere, 400 After performing a degreasing step of degreasing at ° C., the inside of the heating furnace was replaced with argon gas, and an impregnation bonding step was performed under heating conditions of 1450 ° C. for 1 hour.
得られた図２に示す構成の熱交換器において、外形は直径１０３ｍｍ、長さ１０５ｍｍであり、第１のハニカム構造体を構成するハニカムセグメント１１のセル密度は、７８個／ｃｍ２（５００個／ｉｎｃｈ２）、隔壁の厚さは、０．１５ｍｍであり、第２のハニカム構造体を構成するハニカムセグメント１１のセル密度は、４７個／ｃｍ２（３００個／ｉｎｃｈ２）、隔壁の厚さは、０．２５ｍｍであり、それぞれのハニカム構造体が３個結合され、第１のハニカム構造体の両側に第２のハニカム構造体が配置されていた。また、第２のハニカム構造体２０を構成するハニカムセグメント２１の流路と第１のハニカム構造体１０を構成するハニカムセグメント１１の流路とがお互いに直交するように配置されていた。第２のハニカム構造体の２か所の流体入り口及び流体出口は、それぞれ７０ｍｍ×３５ｍｍに設定されている。
In the obtained heat exchanger having the configuration shown in FIG. 2, the outer shape is 103 mm in diameter and 105 mm in length, and the cell density of the
次に、Ｒｈが付着したアルミナスラリーを用いて、第１のハニカムセグメントに触媒として、アルミナを９２ｇとＲｈを２ｇを担持した。 Next, using the alumina slurry to which Rh was attached, 92 g of alumina and 2 g of Rh were supported on the first honeycomb segment as a catalyst.
（比較例１）
製造される熱交換器において、第１のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの隔壁の厚さを０．２５ｍｍ、セル密度を４７個／ｃｍ２（３００個／ｉｎｃｈ２）、第２のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの隔壁の厚さを０．２５ｍｍ、セル密度を４７個／ｃｍ２（３００個／ｉｎｃｈ２）としたほかは、実施例１と同様にして熱交換器を製造した。
(Comparative Example 1)
In the heat exchanger to be manufactured, the thickness of the partition wall of the honeycomb segment constituting the first honeycomb structure is 0.25 mm, the cell density is 47 pieces / cm 2 (300 pieces / inch 2 ), and the second honeycomb structure. A heat exchanger was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the partition wall of the honeycomb segment constituting the body was 0.25 mm and the cell density was 47 cells / cm 2 (300 cells / inch 2).
（比較例２）
製造される熱交換器において、第１のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの隔壁の厚さを０．１５ｍｍ、セル密度を７８個／ｃｍ２（５００個／ｉｎｃｈ２）、第２のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントの隔壁の厚さを０．１５ｍｍ、セル密度を７８個／ｃｍ２（３００個／ｉｎｃｈ２）としたほかは、実施例１と同様にして熱交換器を製造した。
(Comparative Example 2)
In the heat exchanger to be manufactured, the thickness of the partition wall of the honeycomb segment constituting the first honeycomb structure is 0.15 mm, the cell density is 78 pieces / cm 2 (500 pieces / inch 2 ), and the second honeycomb structure. A heat exchanger was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the partition wall of the honeycomb segment constituting the body was 0.15 mm and the cell density was 78 cells / cm 2 (300 cells / inch 2).
（評価）
［熱交換機能の評価］
製造された図２に示す熱交換器を図３に示すように保持マットを巻いて、改質器と同様の構造の円筒状の金属ケースに収容し、第２のハニカム構造体２０を構成するセルに８００℃のガスを流速５０ｌ／分で１分間流し、第１のハニカム構造体１０を構成するセルに５００℃のガスを流速１５ｌ／分で１分間流し、第１のハニカム構造体から流出するガスの温度を測定した。
(evaluation)
[Evaluation of heat exchange function]
The manufactured heat exchanger shown in FIG. 2 is wound with a holding mat as shown in FIG. 3 and housed in a cylindrical metal case having a structure similar to that of the reformer to form a
その結果、その結果、実施例１では、第１のハニカム構造体から流出するガスの温度は、６５３℃であったのに対し、比較例１では、第１のハニカム構造体から流出するガスの温度は、６４９℃、比較例２では、第１のハニカム構造体から流出するガスの温度は、６３０℃となり、実施例１では良好に熱交換がなされていたのに対し、比較例２では、良好に熱交換がなされていないことが判明した。また、第１のハニカム構造体に担持された触媒の厚みは、実施例１では７１μｍであり、比較例１では９７μｍであり、比較例２では７１μｍとなった。実施例１では比較例１に比べて触媒厚みが薄いため、触媒の昇温が速く、触媒反応が進行しやすいことが示された。 As a result, as a result, in Example 1, the temperature of the gas flowing out from the first honeycomb structure was 653 ° C., whereas in Comparative Example 1, the temperature of the gas flowing out from the first honeycomb structure was The temperature was 649 ° C., and in Comparative Example 2, the temperature of the gas flowing out from the first honeycomb structure was 630 ° C., and the heat exchange was satisfactorily performed in Example 1, whereas in Comparative Example 2, the temperature was satisfactorily exchanged. It turned out that the heat exchange was not done well. The thickness of the catalyst supported on the first honeycomb structure was 71 μm in Example 1, 97 μm in Comparative Example 1, and 71 μm in Comparative Example 2. In Example 1, since the catalyst thickness was thinner than that of Comparative Example 1, it was shown that the temperature rise of the catalyst was fast and the catalytic reaction was easy to proceed.
１０ 第１のハニカム構造体
１１、２１ ハニカムセグメント
１２、２２ セル
１３、２３ 隔壁
１８ 接着層
２０ 第２のハニカム構造体
３０ 改質器
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ コート層
３３ａ 流体入り口
３３ｂ 流体出口
４１ ガソリンエンジン
４２ 排気管
４３ 主排気管
４４ 排ガス再循環配管（ＥＧＲ配管）
４５ 自動弁
４６ 改質用燃料噴射装置
４８ ポート式燃料噴射装置
４９ 吸入用配管
５０ 保持マット
５１ マット
５１ａ 凸部
５１ｂ 凹部
５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｆ 開口部
１００、２００ 熱交換器
３００ ガソリンエンジンシステム
10
45
Claims (9)
前記第１のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さは、前記第２のハニカム構造体を構成する隔壁の厚さより薄く、前記第１のハニカム構造体のセル密度は、前記第２のハニカム構造体のセル密度より高いことを特徴とする熱交換器。 A large number of cells serving as a first flow path of the fluid are arranged on both sides of a first honeycomb structure made of ceramic in which a large number of cells are arranged side by side in the longitudinal direction across a partition wall and the first honeycomb structure of the fluid. A second honeycomb structure made of ceramic in which a large number of cells serving as two-flow passages are arranged side by side in the longitudinal direction across a partition wall is combined so that the first-flow passage and the second-flow passage are orthogonal to each other. It is a heat exchanger
The thickness of the partition wall constituting the first honeycomb structure is thinner than the thickness of the partition wall constituting the second honeycomb structure, and the cell density of the first honeycomb structure is the thickness of the second honeycomb structure. A heat exchanger characterized by being higher than the cell density of the body.
前記第２のハニカム構造体には、内燃機関より排出され、主配管を流通する排ガスが通過するように構成され、前記第１のハニカム構造体には、隔壁に改質用の触媒が担持され、前記主配管より分岐した排ガス再循環配管に流入した排ガスが通過するように構成されていることを特徴とする改質器。 A reformer including the heat exchanger according to any one of claims 1 to 8.
The second honeycomb structure is configured so that exhaust gas discharged from the internal combustion engine and flowing through the main pipe passes through the second honeycomb structure, and the first honeycomb structure is provided with a catalyst for modification on the partition wall. A reformer characterized in that the exhaust gas flowing into the exhaust gas recirculation pipe branched from the main pipe is configured to pass through.
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