特許 6017833 気体処理装置及び気体処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6017833

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】気体処理装置及び気体処理方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/28 20060101AFI20161020BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/28 311N

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-111869(P2012-111869)

(22)【出願日】2012年5月15日

(65)【公開番号】特開2013-238171(P2013-238171A)

(43)【公開日】2013年11月28日

【審査請求日】2015年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000110804

【氏名又は名称】ニチアス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 絢也

(72)【発明者】

【氏名】阿部 勇美

(72)【発明者】

【氏名】坂根 忠司

(72)【発明者】

【氏名】友末 信也

(72)【発明者】

【氏名】磯村 和俊

【審査官】 永田 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５０５２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２６４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２０１５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７３８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−９４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６２１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３３７４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−８９２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−６２５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−５７５０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−３／３８，

Ｂ０１Ｊ ３３／００，３５／０４，

Ｂ０１Ｄ ５３／８６−５３／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理構造体と、
前記処理構造体を収容する金属製のケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される保持材と
を備えた気体処理装置であって、
前記保持材は、シリカ繊維製であり、
前記保持材の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、
前記保持材の単位面積あたりの保持力は、６．００Ｎ／ｃｍ^２以上であり、
前記保持材の外表面および／または前記ケーシングの内表面に潤滑剤が存在している
ことを特徴とする気体処理装置：
ここで、前記保持材の単位面積あたりの保持力は、前記ケーシングへの挿入が完了した時点から２４時間以上の時間が経過した時点の値である。

【請求項2】

処理構造体と、
前記処理構造体を収容する金属製のケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される保持材と
を備えた気体処理装置であって、
前記保持材は、アルミナ繊維製であり、
前記保持材の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、
前記保持材の単位面積あたりの保持力は、４．１５Ｎ／ｃｍ^２以上であり、
前記保持材の外表面および／または前記ケーシングの内表面に潤滑剤が存在している
ことを特徴とする気体処理装置：
ここで、前記保持材の単位面積あたりの保持力は、前記ケーシングへの挿入が完了した時点から２４時間以上の時間が経過した時点の値である。

【請求項3】

前記保持材の前記ケーシングへの挿入が完了した時点から２４時間以上の時間が経過した時点における前記保持力の、前記挿入が完了した時点から５分以内の時間が経過した時点における前記保持力に対する割合が１２０％以上である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の気体処理装置。

【請求項4】

処理構造体と、
前記処理構造体を収容する金属製のケーシングと、
前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される無機繊維製の保持材と
を備えた気体処理装置であって、
前記保持材の前記ケーシングへの挿入が完了した時点から２４時間以上の時間が経過した時点における前記保持材の単位面積あたりの保持力の、前記完了した時点から５分以内の時間が経過した時点における前記保持力に対する割合が１２０％以上であり、
前記保持材の外表面および／または前記ケーシングの内表面に潤滑剤が存在している
ことを特徴とする気体処理装置。

【請求項5】

前記保持材の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下である
ことを特徴とする請求項４に記載の気体処理装置。

【請求項6】

前記無機繊維は、シリカ繊維又はアルミナ繊維である
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の気体処理装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれかに記載の気体処理装置を使用して、気体を処理する
ことを特徴とする気体処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体処理装置及び気体処理方法に関し、特に、気体処理装置における保持力の増加に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両には、ガソリンエンジンの排気ガスに含まれる一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等の有害物質を除去するための触媒コンバータや、ディールエンジンの排気ガスに含まれる粒子を除去するためのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）といった気体処理装置が備えられる。

【0003】

例えば、触媒コンバータとしては、筒状の触媒担体と、当該触媒担体を収容する筒状の金属製ケーシングと、当該触媒担体と当該ケーシングとの間に配置されるマット状の無機繊維製保持材と、を備えたものがある。

【0004】

このような触媒コンバータにおいて、保持材は、ケーシングからの触媒担体の脱落を防止する役割を果たす。この点、従来、例えば、特許文献１には、ケーシング内に触媒担体を収納し、当該触媒担体の筒部と当該ケーシングの筒部壁内周面との間にシール部材を配置するとともに、当該触媒担体の軸方向両端の角部は、キャップにより緩衝部材を介して軸方向の位置を規制することにより、高温時に当該ケーシングの変形を有効に防止して当該触媒担体を確実に保持することが記載されている。また、特許文献２には、触媒担体と、当該触媒担体を収めたケース部と、当該触媒担体に排気ガスを導くコーン部と、当該触媒担体と当該コーン部との間に配置された金属メッシュリングとを備えた触媒コンバータにおいて、当該金属メッシュリングの当該触媒担体と当該コーン部との間に挟まれた部分の密度を１．２〜１．４ｇ／ｃｍ^３とすることによって、耐熱性が高く振動に強い触媒コンバータを提供することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１−０６２５７２号公報

【特許文献2】特開２００８−０５７５０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述したような従来の触媒コンバータは、ケーシング、触媒担体及び保持材に加えて、さらに特殊な部材を備えることにより、その構造が複雑にならざるを得なかった。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであって、構造を複雑化することなく保持力を効果的に増大させた気体処理装置及び気体処理方法を提供することをその目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る気体処理装置は、処理構造体と、前記処理構造体を収容する金属製のケーシングと、前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される保持材とを備えた気体処理装置であって、前記保持材は、シリカ繊維製であり、前記保持材の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、前記保持材の単位面積あたりの保持力は、６．００Ｎ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする。本発明によれば、構造を複雑化することなく保持力を効果的に増大させた気体処理装置を提供することができる。

【0009】

上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る気体処理装置は、処理構造体と、前記処理構造体を収容する金属製のケーシングと、前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される保持材とを備えた気体処理装置であって、前記保持材は、アルミナ繊維製であり、前記保持材の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、前記保持材の単位面積あたりの保持力は、４．１５Ｎ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする。本発明によれば、構造を複雑化することなく保持力を効果的に増大させた気体処理装置を提供することができる。

【0010】

また、前記いずれかの気体処理装置において、前記保持材の前記ケーシングへの挿入が完了した時点から２４時間以上の時間が経過した時点における前記保持力の、前記挿入が完了した時点から５分以内の時間が経過した時点における前記保持力に対する割合が１２０％以上であることとしてもよい。

【0011】

上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る気体処理装置は、処理構造体と、前記処理構造体を収容する金属製のケーシングと、前記処理構造体と前記ケーシングとの間に配置される無機繊維製の保持材とを備えた気体処理装置であって、前記保持材の前記ケーシングへの挿入が完了した時点から２４時間以上の時間が経過した時点における前記保持材の単位面積あたりの保持力の、前記完了した時点から５分以内の時間が経過した時点における前記保持力に対する割合が１２０％以上であることを特徴とする。本発明によれば、構造を複雑化することなく保持力を効果的に増大させた気体処理装置を提供することができる。

【0012】

また、前記気体処理装置において、前記保持材の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であることとしてもよい。また、前記いずれかの気体処理装置において、前記無機繊維は、シリカ繊維又はアルミナ繊維であることとしてもよい。また、前記気体処理装置において、前記保持材は、シリカ繊維製であり、前記保持材の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、前記保持材の単位面積あたりの保持力は、６．００Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。また、前記気体処理装置において、前記保持材は、アルミナ繊維製であり、前記保持材の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、前記保持材の単位面積あたりの保持力は、４．１５Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。

【0013】

上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る気体処理方法は、前記いずれかの気体処理装置を使用して、気体を処理することを特徴とする。本発明によれば、構造を複雑化することなく保持力を効果的に増大させた気体処理装置による気体処理方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、構造を複雑化することなく保持力を効果的に増大させた気体処理装置及び気体処理方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る気体処理装置の一例を示す説明図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る気体処理装置を長手方向に切断した断面の一例を示す説明図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る実施例において使用した試験装置の概要を示す説明図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る実施例１において保持力を評価した結果を示す説明図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る比較例１において保持力を評価した結果を示す説明図である。

【図6】本発明の一実施形態に係る実施例２において保持力を評価した結果を示す説明図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る実施例において嵩密度と保持力の回復率との関係を評価した結果を示す説明図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る実施例において嵩密度と保持力との関係を評価した結果を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。

【0017】

まず、本実施形態の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る気体処理装置（以下、「本装置１」という。）の一例を示す説明図である。図１に示すように、本装置１は、処理構造体２０と、当該処理構造体２０を収容する金属製のケーシング３０と、当該処理構造体２０と当該ケーシング３０との間に配置される保持材１０とを備えている。なお、図１においては、説明の便宜のため、ケーシング３０の一部を省略して、当該ケーシング３０に収容されている処理構造体２０及び保持材１０を露出させて示している。

【0018】

図２は、本装置１を長手方向（図１及び図２に示す矢印Ｘの指す方向）に切断した断面の一例を示す説明図である。なお、図１及び図２において矢印Ｘは、本装置１内を、処理の対象とする気体が流通する方向を示す。

【0019】

本装置１は、気体の浄化等、気体を処理するために使用される。すなわち、本装置１は、例えば、気体に含まれる有害物質及び／又は粒子を除去するために使用される。具体的に、本装置１は、例えば、排気ガスを浄化する排気ガス処理装置である。この場合、本装置１は、例えば、内燃機関（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等）から排出される排気ガスに含まれる有害物質及び／又は粒子を除去するために、自動車等の車両に設けられる。

【0020】

すなわち、本装置１は、例えば、自動車等の車両において排気ガスに含まれる有害物質を除去するために使用される触媒コンバータである。また、本装置１は、例えば、ディールエンジンの排気ガスに含まれる粒子を除去するために使用されるＤＰＦである。

【0021】

処理構造体２０は、気体を処理する機能を有する構造体である。すなわち、本装置１が触媒コンバータである場合、処理構造体２０は、気体を浄化するための触媒と、当該触媒を担持する担体とを有する触媒担持体である。触媒は、例えば、排気ガス等の気体に含まれる有害物質（一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等）を除去するための触媒である。より具体的に、触媒は、例えば、貴金属触媒（例えば、白金触媒）等の金属触媒である。触媒を担持する担体は、例えば、無機材料（例えば、コージェライト等のセラミックス）製の筒状成形体（例えば、円筒状のハニカム状成形体）である。

【0022】

また、本装置１が、ＤＰＦ等の気体に含まれる粒子を除去するための装置である場合には、処理構造体２０は、当該気体中の当該粒子を捕捉する多孔質体（例えば、フィルター）を有する構造体である。この場合、処理構造体２０は、触媒をさらに含むこととしてもよいし、触媒を含まないこととしてもよい。

【0023】

ケーシング３０は、内部に処理構造体２０を収容可能な空間が形成された金属製の筒状体である。ケーシング３０を構成する金属は、特に限られないが、例えば、ステンレス、鉄及びアルミニウムからなる群より選択されることとしてもよい。

【0024】

ケーシング３０は、例えば、本装置１の長手方向に沿って２つに分割可能な筒状体であることとしてもよく、分割されない一体型の筒状体であることとしてもよい。本実施形態で示す例において、ケーシング３０は、一体型の筒状体である。

【0025】

保持材１０は、処理構造体２０をケーシング３０内に保持するために使用される。すなわち、保持材１０は、ケーシング３０と処理構造体２０との間隙に圧入されることにより、当該処理構造体２０を当該ケーシング３０内に安定して保持する。

【0026】

保持材１０には、例えば、本装置１において振動等により処理構造体２０がケーシング３０に衝突して破損することを回避するよう当該処理構造体２０を安全に保持する機能と、未だ浄化されていない気体が当該処理構造体２０とケーシング３０との間隙から下流側に漏出しないよう当該間隙を封止する機能と、を兼ね備えることが要求される。また、本装置１内に排気ガス等の高温（例えば、２００〜９００℃）の気体が流通する場合、保持材１０には、耐熱性及び断熱性を備えることが要求される。

【0027】

このため、保持材１０は、無機繊維製の成形体である。すなわち、保持材１０は、無機繊維を主成分として含む。具体的に、保持材１０は、例えば、無機繊維を９０質量％以上含む。なお、無機繊維は、予め加熱処理（焼成処理）されたものを使用することとしてもよい。無機繊維を予め加熱処理しておくことによって、当該無機繊維の耐熱性を向上させることができる。保持材１０は、無機繊維に加えて、バインダー（有機バインダー及び／又は無機バインダー）を含むこととしてもよく、バインダー及び／又は充填材を含むこととしてもよい。

【0028】

保持材１０の形状は、処理構造体２０をケーシング３０内に保持できれば特に限られない。すなわち、保持材１０は、例えば、板状体（フィルム、シート、ブランケット、マット等）であることとしてもよく、筒状体であることとしてもよい。

【0029】

なお、板状の保持材１０の一方端と他方端とは嵌合可能な対応する形状に形成されることとしてもよい。すなわち、図１に示す例において、保持材１０の一方端及び他方端は、対応する凸状及び凹状にそれぞれ形成されて、処理構造体２０の外周に配置された当該保持材１０の一方端と他方端とは嵌合されている。

【0030】

保持材１０を構成する無機繊維製の成形体を製造する方法は、特に限られず、湿式法及び乾式法のいずれを使用することもできる。すなわち、この成形体は、例えば、脱水成形により製造される。この場合、まず、所定の形状を有する脱水成形用型内に、保持材１０を構成するための無機繊維と、有機バインダー（例えば、ゴム、水溶性有機高分子化合物、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等）とを含む水性スラリーを流し込む。そして、脱水成形を行うことにより、型の形状に対応する形状の無機繊維製の成形体（湿式成形体）が得られる。さらに、この湿式成形体を、その嵩密度及び／又は坪量等の特性が所望の範囲となるように圧縮し、乾燥することにより、最終的に無機繊維製の成形体が得られる。

【0031】

また、保持材１０を構成する無機繊維製の成形体は、例えば、集綿された無機繊維をニードル加工する乾式法により製造されることとしてもよい。すなわち、この場合、無機繊維製の成形体は、例えば、いわゆるブランケット、ニードルマット又は縫製マットとして製造される。

【0032】

そして、湿式法又は乾式法で製造された無機繊維製の成形体をそのまま保持材１０として使用することとしてもよい。また、この無機繊維製の成形体を基部材として使用し、当該基部材に繊維シート（有機繊維及び／又は無機繊維から構成される織布又は不織布）を積層することにより、その外表面１１の全部又は一部が当該繊維シートで覆われた保持材１０を製造してもよい。

【0033】

本装置１は、処理構造体２０及び保持材１０をケーシング３０内に配置することにより組み立てられる。すなわち、例えば、まず、処理構造体２０の外周に保持材１０を配置して、当該処理構造体２０及び保持材１０を含む組立体を作製する。具体的に、保持材１０が板状である場合には、当該保持材１０を処理構造体２０の外周に巻き付けることにより、組立体を作製する。また、保持材１０が筒状である場合には、当該保持材１０の内空に処理構造体２０を挿入することにより、組立体を作製する。

【0034】

次いで、この組立体をケーシング３０内に配置する。すなわち、ケーシング３０が、分割可能でない一体型である場合には、当該ケーシング３０の長手方向の一方端の開口部分から、当該ケーシング３０内に組立体を圧入する（いわゆるスタッフィング方式）。一方、ケーシング３０が分割可能である場合、分割された当該ケーシング３０の一部と他の一部とで組立体を挟み込み、次いで、当該ケーシング３０を一体化する（いわゆるクラムシェル方式）。この一体化は、例えば、ボルト及びナット等の締付け部材の使用及び／又は溶接により行われる。

【0035】

そして、本実施形態に係る気体処理方法（以下、「本方法」という。）においては、上述したような本装置１を使用して、気体を処理する。すなわち、処理の対象となる気体を、本装置１の処理構造体２０の内部に流通させることにより、当該気体を処理する。

【0036】

具体的に、図１及び図２に示す本装置１においては、矢印Ｘで示す方向に、排気ガス等の気体がケーシング３０の一方端から流入し、当該気体は処理構造体２０の内部を流通する間に浄化され、浄化された気体は当該ケーシング３０の他方端から本装置１外に流出する。

【0037】

なお、自動車等の車両に配置された本装置１の一方端及び他方端には、排気ガス等の気体を上流側から本装置１に導く配管、及び浄化された気体を本装置１から下流側に導く配管がそれぞれ接続される。

【0038】

次に、本実施形態の詳細について説明する。気体処理装置において、ケーシング３０内に処理構造体２０を保持する力（保持力）を増大させる技術的手段としては、当該ケーシング３０と保持材１０との間の摩擦抵抗を増大させる技術的手段、及び／又は当該保持材１０の径方向への膨張による押圧力（垂直抗力）を増大させる技術的手段が考えられる。

【0039】

この点、本発明の発明者らは、保持材１０による押圧力に着目した。すなわち、ケーシング３０内に保持材１０を挿入するキャニング時において、当該保持材１０は、圧縮された状態で当該ケーシング３０内に挿入される。このため、保持材１０のケーシングへの挿入が完了した後（キャニング完了後）、当該保持材１０は、当該ケーシング３０内で膨張する。その結果、保持材１０は、ケーシング３０内において、処理構造体２０を径方向内側へ、当該ケーシング３０を径方向外側へ、それぞれ押圧することとなる。したがって、この保持材１０による押圧力を増大させることができれば、気体処理装置における保持力を増大させることができる。

【0040】

そこで、本発明の発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、キャニング時においては、保持材１０が圧縮され、且つその外表面１１がケーシング３０の内表面３１と接触した状態で、当該ケーシング３０と処理構造体２０との間に挿入されることにより、当該保持材１０を構成する無機繊維が損傷を受け、当該損傷によって、キャニング後の当該保持材１０の膨張が低減され、その結果、当該保持材１０による押圧力も低減されてしまうという独自の知見を得た。

【0041】

そして、発明者らは、保持材１０を構成する無機繊維のキャニング時における損傷を低減することにより、キャニング後の当該保持材１０による押圧力を効果的に増加させ、その結果、気体処理装置における保持力を効果的に増加させることができることを独自に見出した。

【0042】

このような発明者ら独自の知見に基づく本装置１は、例えば、保持材１０のケーシング３０への挿入が完了した時点から２４時間以上の時間が経過した時点における当該保持材１０の単位面積あたりの保持力の、当該完了した時点から５分以内の時間が経過した時点における当該保持力に対する割合（以下、「保持力回復率」という。）が１２０％以上である。

【0043】

すなわち、本装置１の製造において、キャニングが完了した時点から５分以内の時間が経過した時点で保持力Ｆ１を測定し、その後、当該キャニング完了時点から２４時間以上の時間が経過した時点で保持力Ｆ２を測定した場合に、前者の保持力Ｆ１に対する後者の保持力Ｆ２の割合（Ｆ２／Ｆ１×１００）である保持力回復率が１２０％以上となる。

【0044】

本装置１において、保持力回復率は、例えば、１２５％以上であることとしてもよく、１３０％以上であることとしてもよい。保持力回復率の上限値は特に限られないが、当該保持力回復率は、例えば、３００％以下であることとしてもよい。

【0045】

なお、キャニングが完了した時点は、例えば、本装置１において最終的に保持材１０が配置されるべきケーシング３０内の所定の位置に、当該保持材１０が配置された時点である。

【0046】

また、キャニング完了時点から５分以内の時間が経過した時点は、当該キャニング完了時点から０〜５分の範囲内の時間が経過した時点であれば特に限られず、例えば、当該キャニング完了時点から１〜５分の範囲内の時間が経過した時点であることとしてもよい。

【0047】

また、キャニング完了時点から２４時間以上の時間が経過した時点は、当該キャニング完了時点から２４時間以上の時間が経過した時点であれば特に限られず、例えば、当該キャニング完了時点から２４〜２００時間の範囲内の時間が経過した時点であることとしてもよく、当該キャニング完了時点から２４〜１００時間の範囲内の時間が経過した時点であることとしてもよく、当該キャニング完了時点から５０〜１００時間の範囲内の時間が経過した時点であることとしてもよい。

【0048】

保持材１０の単位面積あたりの保持力（Ｎ／ｃｍ^２）は、保持材１０の外表面１１の単位面積あたりの保持力である。すなわち、この保持力は、本装置１において、処理構造体２０を長手方向に押した場合に、当該処理構造体２０をケーシング３０から脱落させるために要する力の最大値（Ｎ）を、保持材１０の外表面１１の面積（ｃｍ^２）で除することにより算出される。

【0049】

処理構造体２０をケーシング３０から脱落させるために要する力の最大値は、本装置１において、当該処理構造体２０を長手方向に押した場合に、当該ケーシング３０内で当該処理構造体２０が当該長手方向に動き始めるまでの間に測定された、当該処理構造体２０を押す力の最大値である。

【0050】

本装置１における保持材１０の嵩密度は、例えば、０．１５〜０．７ｇ／ｃｍ^３であることとしてもよく、０．２０〜０．５０ｇ／ｃｍ^３であることとしてもよく、０．２５〜０．５０ｇ／ｃｍ^３であることとしてもよい。

【0051】

また、保持材１０の嵩密度は、比較的高い所定の範囲であることとしてもよい。すなわち、保持材１０の嵩密度は、例えば、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下（０．３５〜０．４５ｇ／ｃｍ^３）であることとしてもよい。この場合、保持材１０の嵩密度は、例えば、０．３７ｇ／ｃｍ^３以上であることとしてもよく、０．３９ｇ／ｃｍ^３以上であることとしてもよく、０．４０ｇ／ｃｍ^３以上であることとしてもよい。

【0052】

ここで、保持材１０の嵩密度が増加するほど、保持力も増加する傾向がある。しかしながら、保持材１０の嵩密度が大きすぎると、例えば、当該保持材１０のケーシング３０への挿入が困難となる、気体処理装置の重量が大きくなりすぎる、当該保持材１０の製造に必要な無機繊維の量が増大する、さらに、当該保持材１０を構成する無機繊維のキャニング時における損傷の程度が大きくなるといった不都合が生じる。

【0053】

この点、保持材１０の嵩密度が上述の範囲であることによって、本装置１においては、上記のような不都合を効果的に回避しつつ、十分な保持力を発揮することができる。

【0054】

また、保持材１０を構成する無機繊維は、特に限られないが、例えば、シリカ繊維又はアルミナ繊維であることとしてもよい。すなわち、本装置１は、シリカ繊維製の保持材１０又はアルミナ繊維製の保持材１０を備えることとしてもよい。

【0055】

シリカ繊維は、シリカ（ＳｉＯ_２）を主成分とする非晶質繊維又は多結晶質繊維である。シリカ繊維は、例えば、シリカを９０質量％以上含む無機繊維であることとしてもよい。シリカ繊維におけるシリカの含有量は、例えば、９３質量％以上であることとしてもよく、９６質量％以上であることとしてもよく、９７質量％以上であることとしてもよい。シリカ繊維は、予め加熱処理（焼成処理）されたものであることとしてもよい。シリカ繊維を予め加熱処理しておくことによって、当該シリカ繊維の耐熱性を向上させることができる。すなわち、例えば、シリカ繊維が、ガラス繊維に酸処理を施すことによりアルカリ成分を取り除き、シリカ成分を高めたものである場合、当該シリカ繊維を加熱処理することによって、上記酸処理により生成された微細な空隙が、当該シリカ繊維の熱収縮により埋められ、その耐熱性を向上させることができる。

【0056】

保持材１０がシリカ繊維製である場合、本装置１においては、例えば、当該保持材１０の嵩密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３以上であって、保持力回復率が１２５％以上であることとしてもよく、当該保持材１０の嵩密度が０．４０ｇ／ｃｍ^３以上であって、保持力回復率が１３０％以上であることとしてもよい。

【0057】

アルミナ繊維は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする多結晶質繊維である。アルミナ繊維は、例えば、アルミナを７０質量％以上含むこととしてもよい。アルミナ繊維におけるアルミナの含有量は、例えば、８０質量％以上であることとしてもよく、９０質量％以上であることとしてもよく、９５質量％以上であることとしてもよく、９６質量％以上であることとしてもよい。

【0058】

保持材１０がアルミナ繊維製である場合、本装置１においては、例えば、当該保持材１０の嵩密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３以上又は０．４０ｇ／ｃｍ^３以上であって、保持力回復率が１２５％以上であることとしてもよい。

【0059】

シリカ繊維は、剛性が比較的高いため、保持力を増大させることが期待される一方で、キャニング時に損傷を受けやすいと考えられる。このため、従来、保持材１０がシリカ繊維製である場合、当該保持材１０の嵩密度を増大させても、必ずしも効果的に保持力を増大させることはできなかった。保持材１０がアルミナ繊維製である場合にも同様の傾向が見られた。

【0060】

この点、本発明の発明者らは、上述のとおり、保持材１０を構成する無機繊維のキャニング時における損傷を低減することにより、キャニング完了後の当該保持材１０による押圧力を効果的に増加させ、その結果、気体処理装置における保持力を効果的に増加させることができることを独自に見出した。

【0061】

なお、保持材１０を構成する無機繊維のキャニング時における損傷の低減は、例えば、キャニング時における保持材１０とケーシング３０との摩擦抵抗を低減させることにより行う。すなわち、例えば、潤滑剤を使用してキャニングを行う。具体的に、例えば、保持材１０の外表面１１及び／又はケーシング３０の内表面３１に潤滑剤を塗布して、キャニングを行う。潤滑剤は、特に限られないが、例えば、液状の潤滑剤（例えば、水、界面活性剤を含む水溶液等）であることとしてもよい。この場合、キャニング後は、液状の潤滑剤を乾燥させ及び／又は固化させる。なお、キャニング時における保持材１０とケーシング３０との摩擦抵抗を低減させる方法は、当該摩擦抵抗を低減できるものであれば、潤滑剤の使用に限られず、例えば、上述した無機繊維製の成形体からなる基部材に積層する繊維シートとして、当該摩擦抵抗を低減するもの（例えば、好ましくは有機繊維から構成される織布又は不織布）を使用する方法や、保持材１０の外表面１１に、当該摩擦抵抗を低減するフッ素コーティングを施す方法が挙げられる。

【0062】

また、本装置１は、上述のような保持力回復率を示すか否かにかかわらず、例えば、保持材１０は、シリカ繊維製であり、当該保持材１０の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、当該保持材１０の単位面積あたりの保持力は、６．００Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。この場合、保持力は、例えば、６．１０Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。

【0063】

また、本装置１は、上述のような保持力回復率を示すか否かにかかわらず、例えば、保持材１０は、アルミナ繊維製であり、当該保持材１０の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、当該保持材１０の単位面積あたりの保持力は、４．１５Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。この場合、保持力は、例えば、４．２０Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。

【0064】

すなわち、本願発明の発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、特に、保持材１０の嵩密度が上記のように比較的高い範囲である場合において、保持材１０を構成する無機繊維のキャニング時における損傷を低減することにより、キャニング後の当該保持材１０による押圧力を効果的に増加させ、その結果、気体処理装置における保持力を効果的に増加させることができることを独自に見出した。

【0065】

これらの場合もまた、保持材１０の嵩密度は、例えば、０．３７ｇ／ｃｍ^３以上であることとしてもよく、０．３９ｇ／ｃｍ^３以上であることとしてもよく、０．４０ｇ／ｃｍ^３以上であることとしてもよい。

【0066】

すなわち、本装置１においては、例えば、シリカ繊維製の保持材１０の嵩密度が０．４０ｇ／ｃｍ^３以上であり、保持力が６．１０Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。また、本装置１においては、例えば、アルミナ繊維製の保持材１０の嵩密度が０．４０ｇ／ｃｍ^３以上であり、保持力が４．１５Ｎ／ｃｍ^２以上であることとしてもよい。

【0067】

また、本装置１は、さらに上述した保持力回復率を有することとしてもよい。すなわち、本装置１は、例えば、保持材１０は、シリカ繊維製であり、当該保持材１０の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、当該保持材１０の単位面積あたりの保持力は、６．００Ｎ／ｃｍ^２以上であり、保持力回復率が１２０％以上であることとしてもよい。

【0068】

この場合、本装置１においては、例えば、シリカ繊維製の保持材１０の嵩密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３以上であって、保持力回復率が１２５％以上であることとしてもよく、当該保持材１０の嵩密度が０．４０ｇ／ｃｍ^３以上であって、保持力回復率が１３０％以上であることとしてもよい。

【0069】

また、本装置１は、例えば、保持材１０は、アルミナ繊維製であり、当該保持材１０の嵩密度は、０．３５ｇ／ｃｍ^３以上、０．４５ｇ／ｃｍ^３以下であり、当該保持材１０の単位面積あたりの保持力は、４．１５Ｎ／ｃｍ^２以上であり、保持力回復率が１２０％以上であることとしてもよい。

【0070】

この場合、本装置１においては、例えば、アルミナ繊維製の保持材１０の嵩密度が０．３５ｇ／ｃｍ^３以上又は０．４０ｇ／ｃｍ^３以上であって、保持力回復率が１２５％以上であることとしてもよい。

【0071】

なお、上述した本装置１の保持力回復率、保持材１０の嵩密度及び保持力は、本装置１が９０℃以上の温度に晒される前に測定される。すなわち、保持材１０が有機バインダーを含んで製造された場合には、本装置１の保持力回復率、保持材１０の嵩密度及び保持力は、例えば、当該当該保持材１０が９０℃以上の温度に晒される（例えば、９０℃以上の温度又は１５０℃以上の温度に１分以上晒される前）ことにより当該有機バインダーが焼失する前に測定される。また、本装置１が９０℃以上の温度の気体の処理に使用される場合には、本装置１の保持力回復率、保持材１０の嵩密度及び保持力は、例えば、本装置１を使用した当該気体の処理を開始する前（本装置１に対する当該気体の流通を開始する前）に測定される。もちろん、本装置１は、その製造後、９０℃以上の温度に晒されることとしてもよい。

【0072】

次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。

【実施例】

【0073】

［保持材の製造］
無機繊維製の保持材１０を湿式法で製造した。無機繊維としては、シリカ繊維（シリカ ９７質量％、アルミナ ３質量％）又はアルミナ繊維（アルミナ９６質量％、シリカ４質量％）を使用した。

【0074】

すなわち、実施例１においては、シリカ繊維を主成分として含有し、有機バインダー（アクリル樹脂）及び無機バインダー（アルミナゾル、シリカゾル等）が添加された水性スラリーを調製し、当該水性スラリーを脱水成形することにより、当該シリカ繊維製の保持材１０を製造した。

【0075】

なお、後述するようにキャニング後の保持材の嵩密度を変えるため、嵩密度の異なる複数のマット状の保持材（嵩密度：１１００〜１６００ｇ／ｃｍ^３、サイズ：３７５ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ８〜１０ｍｍ）を製造した。

【0076】

また、実施例２においては、無機繊維として、シリカ繊維に代えて、アルミナ繊維を使用したこと以外は上述の実施例１と同様にして、嵩密度が１６８２ｇ／ｃｍ^３であるマット状のアルミナ繊維製の保持材１０（サイズ：３７５ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ１０．１ｍｍ）を製造した。

【0077】

［気体処理装置の製造］
外径１１０ｍｍの円筒状であるセラミックス製の処理構造体２０と、上述のようにして製造した保持材１０と、内径１１８ｍｍの円筒状であるステンレス製のケーシング３０と、を備えた本装置１を製造した。

【0078】

すなわち、まず、処理構造体２０の外周面にマット状の保持材１０を巻き付けることにより組立体を作製した。次いで、保持材１０の外表面１１の全体に、界面活性剤を含む水溶液からなる潤滑剤を塗布した。そして、保持材１０が圧縮された状態で組立体をケーシング３０の長手方向一方端から挿入し、本装置１を製造した。なお、実施例１では、厚さの異なる保持材１０を使用することにより、キャニング後の保持材１０の嵩密度が異なる４種類の本装置１を製造した。

【0079】

［保持力及びその回復率の評価］
図３に示すような試験装置４０を使用して、キャニング後の保持力を評価した。この試
験装置４０は、処理構造体２０の長手方向（気体が流通する方向）の一方側の端面に載置されたステンレス製の円板である押出用治具４１と、当該押出用治具４１を介して当該処理構造体２０を当該長手方向の他方側（図３における下方側）に押す棒状の押し棒４２と、を備えていた。

【0080】

そして、上述した本装置１の製造において、キャニングが完了した時点から１分が経過した時点で、押出用治具４１を介して押し棒４２で処理構造体２０を長手方向に押し始め、当該処理構造体２０がケーシング３０内で動き始めるまでの間に要した荷重の最大値を押出荷重（Ｎ）として測定した。さらに、測定された押出荷重（Ｎ）を、保持材１０の外表面１１の面積（ｃｍ^２）で除することにより、当該保持材１０の単位面積あたりの保持力（Ｎ／ｃｍ^２）を算出した。

【0081】

その後、キャニングが完了した時点から５０〜１００時間が経過した時点でも、同様にして、押出荷重（Ｎ）を測定し、保持力（Ｎ／ｃｍ^２）を算出した。そして、キャニングが完了した時点から５０〜１００時間が経過した時点における保持力の、当該キャニングが完了した時点から１分が経過した時点における保持力に対する割合を、保持力回復率（％）として算出した。

【0082】

また、比較の対象として、キャニング時に潤滑剤を使用しないこと以外は同様にして、気体処理装置を製造し、当該気体処理装置の保持力及びその回復率を評価した。

【0083】

［結果］
図４及び図５には、それぞれ実施例１及び比較例１において、保持材の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）が異なる複数の気体処理装置の各々について、保持力回復率（％）及びキャニング完了から５０〜１００時間が経過した時点の保持力（Ｎ／ｃｍ^２）を評価した結果を示す。図６には、実施例２及び比較例２において、保持力回復率（％）及びキャニング完了から５０〜１００時間が経過した時点の保持力（Ｎ／ｃｍ^２）を評価した結果を示す。

【0084】

図７及び図８には、保持材の嵩密度と、保持力回復率及び保持力との相関関係をそれぞれ示す。図７及び図８の横軸は保持材の嵩密度（ｇ／ｃｍ^３）を示し、図７の縦軸は保持力回復率（％）を示し、図８の縦軸はキャニング完了から５０〜１００時間が経過した時点の保持力（Ｎ／ｃｍ^２）を示す。また、図７及び図８において、黒塗り丸印は実施例１の結果を示し、白抜き丸印は比較例１の結果を示し、黒塗り三角印は実施例２の結果を示し、白抜き三角印は比較例２の結果を示す。

【0085】

図４、図５及び図７に示すように、保持材がシリカ繊維製の場合、当該保持材の嵩密度が０．２７〜０．４３ｇ／ｃｍ^３の範囲において、比較例１の保持力回復率は１１１％以下であったのに対し、実施例１の保持力回復率は、比較例１のそれより顕著に大きく、１２１％以上であった。

【0086】

また、図４、図５及び図８に示すように、比較例１においては、保持材の嵩密度が０．２７〜０．４３（ｇ／ｃｍ^３）の範囲において、保持力は５．９４Ｎ／ｃｍ^２以下であったのに対し、実施例１においては、保持材の嵩密度が０．３０ｇ／ｃｍ^３超（０．３９ｇ／ｃｍ^３以上）の場合の保持力は６．０１Ｎ／ｃｍ^２以上であり、さらに、保持材の嵩密度が０．３９ｇ／ｃｍ^３超（０．４３ｇ／ｃｍ^３）の場合の保持力は８．２２Ｎ／ｃｍ^２であり、顕著に高かった。

【0087】

ここで、図８に示すように、実施例１及び比較例１のいずれにおいても、保持材の嵩密度が増加するにつれて、保持力も増加する傾向が見られるが、例えば、当該保持材の嵩密度が０．３５〜０．４５ｇ／ｃｍ^３の範囲においては、実施例１でのみ、比較例１では到達できない大きな保持力が達成できた。この従来は達成されなかった大きな保持力は、実施例１において、キャニング時におけるシリカ繊維の損傷を低減したことによるものと考えられた。

【0088】

また、図６及び図７に示すように、保持材がアルミナ繊維製の場合においても、比較例２の保持力回復率は１１５％であったのに対し、実施例２の保持力回復率は、比較例２のそれより顕著に大きく、１２６％であった。また、図６に示すように、比較例２における保持力は４．０７Ｎ／ｃｍ^２であったのに対し、実施例２における保持力は４．２７Ｎ／ｃｍ^２以上であった。この実施例２における大きな保持力も、キャニング時にアルミナ繊維の損傷が低減されたことによるものと考えられた。

【符号の説明】

【0089】

１ 気体処理装置、１０ 保持材、１１ 外表面、２０ 処理構造体、３０ ケーシング、３１ 内表面、４０ 試験装置、４１ 押出用治具、４２ 押し棒。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】