CN116322945A

CN116322945A - 催化剂载体及感应加热催化系统

Info

Publication number: CN116322945A
Application number: CN202180066701.3A
Authority: CN
Inventors: 宫入由纪夫; 桝田昌明; 市川周一; 石原拓也; 松本海; 藤江典久; 青木洋一
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2023-06-23
Also published as: JP7481485B2; JPWO2022097341A1; JP2024045347A; DE112021004028T5; WO2022097341A1; US20230193806A1

Abstract

一种感应加热用的催化剂载体，其具有：蜂窝结构体，该蜂窝结构体具备具有外周壁和隔壁的柱状蜂窝结构部，该隔壁配设于外周壁的内侧，并区划形成多个隔室，该多个隔室从气流方向入口侧的端面延伸至出口侧的端面而形成流路；催化剂，该催化剂担载于隔壁的内部；以及磁性体，该磁性体设置于蜂窝结构体内，所述感应加热用的催化剂载体的特征在于，在催化剂载体的至少气流方向入口侧的端面侧具有不担载催化剂的区域A，在气流方向上，磁性体至少配置于区域A。

Description

催化剂载体及感应加热催化系统

技术领域

本发明涉及催化剂载体及感应加热催化系统。

背景技术

通常，作为不完全燃烧的结果，汽车废气中有时包含一氧化碳、烃、氮氧化物等有害成分。这些有害成分在发动机刚启动后这样的催化剂温度较低、且催化活性不充分的期间排出的量较多。因此，有可能废气中的有害成分在达到催化剂活化温度之前未由催化剂净化就排出了。为了对应这种需求，需要尽量减少在达到催化剂活化温度之前未由催化剂净化就排出的排放，例如已知有利用了催化剂载体的加热技术的对策。

作为上述技术，已知有感应加热催化系统，其中，在汽车的废气流路配置在蜂窝结构体的隔壁表面或隔室内设置有磁性体的催化剂载体，将催化剂载体的外周以线圈包围，通过感应加热对磁性体进行加热，使催化剂载体发热，由此进行废气的净化。

专利文献1中记载了具有如下结构的催化剂载体，其结构为：陶瓷基材的多个隔室中，在整个隔室内设置金属粒子或金属小片，通过感应加热使该金属粒子或金属小片发热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019－188272号公报

发明内容

感应加热的目的在于：在催化剂载体的气流方向入口附近的气体温度尚处于低温时，提高催化剂温度，使净化率变得良好。然而，在催化剂载体的气流方向入口附近，通过感应加热而使气体温度及载体、催化剂温度上升并不充分，这些温度随着趋向出口而逐渐升高。此时，专利文献1中记载的技术中，即便通过感应加热而使设置于整个隔室内的金属粒子或金属小片发热，催化剂载体的气流方向入口附近的温度也未充分上升，因此，设置于该区域的催化剂难以活化。

这样，设置于气流方向入口附近的催化剂的有效利用显得不够充分，特别是，作为催化剂使用Pt等贵金属的情况下，制造成本的缺点较大。

本发明是鉴于上述情况而创作的，其课题在于，提供一种感应加热时能够有效利用催化剂的催化剂载体及感应加热催化系统。

上述课题通过以下的本发明来解决，本发明如下确定。

(1)一种感应加热用的催化剂载体，其具有：

蜂窝结构体，该蜂窝结构体具备具有外周壁和隔壁的柱状蜂窝结构部，该隔壁配设于所述外周壁的内侧，并区划形成多个隔室，该多个隔室从气流方向入口侧的端面延伸至出口侧的端面而形成流路；

催化剂，该催化剂担载于所述隔壁的内部；以及

磁性体，该磁性体设置于所述蜂窝结构体内，

所述感应加热用的催化剂载体的特征在于，

在所述催化剂载体的至少气流方向入口侧的端面侧具有不担载所述催化剂的区域A，

在气流方向上，所述磁性体至少配置于所述区域A。

(2)一种感应加热催化系统，其特征在于，具有：

(1)所述的感应加热用的催化剂载体；以及

线圈，该线圈设置于所述催化剂载体的外周。

发明效果

根据本发明，可以提供一种感应加热时能够有效利用催化剂的催化剂载体及感应加热催化系统。

附图说明

图1是本发明的实施方式中的催化剂载体的与隔室的延伸方向平行的截面示意图。

图2是图1中的催化剂载体的L1－L1截面的示意图。

图3是本发明的实施方式中的催化剂载体的与隔室的延伸方向平行的截面示意图。

图4是本发明的实施方式中的催化剂载体的与隔室的延伸方向平行的截面示意图。

图5是本发明的实施方式中的催化剂载体的与隔室的延伸方向平行的截面示意图。

图6是图5中的催化剂载体的L2－L2截面的示意图。

图7是本发明的实施方式中的催化剂载体的与隔室的延伸方向平行的截面示意图。

图8是本发明的实施方式中的感应加热催化系统的与气流方向平行的截面示意图。

图9是实施例中的感应加热催化系统的与气流方向平行的截面示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的催化剂载体及感应加热催化系统的实施方式进行说明，不过，本发明并不限定于此进行解释，只要不脱离本发明的范围就可以基于本领域技术人员的知识加以各种变更、修正、改良。

＜催化剂载体＞

图1是本发明的实施方式中的催化剂载体10的与隔室13的延伸方向平行的截面示意图。图2是图1中的催化剂载体10的L1－L1截面的示意图。

催化剂载体10具有：蜂窝结构体11、催化剂12及磁性体17。催化剂载体10的蜂窝结构体11具备具有外周壁14和隔壁15的柱状蜂窝结构部16，该隔壁15配设于外周壁14的内侧，并区划形成多个隔室13，该多个隔室13从气流方向入口侧的端面延伸至出口侧的端面而形成流路。

柱状蜂窝结构部16的隔壁15及外周壁14的材质没有特别限制，通常由陶瓷材料形成。例如可以举出：堇青石、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、多铝红柱石、氧化铝、硅－碳化硅系复合材料、碳化硅－堇青石系复合材料、特别是以硅－碳化硅系复合材料或碳化硅为主成分的烧结体。本说明书中“碳化硅系”意味着：柱状蜂窝结构部16含有柱状蜂窝结构部16整体的50质量％以上的碳化硅。柱状蜂窝结构部16以硅－碳化硅复合材料为主成分意味着：柱状蜂窝结构部16含有柱状蜂窝结构部16整体的90质量％以上的硅－碳化硅复合材料(合计质量)。此处，硅－碳化硅复合材料含有作为骨料的碳化硅粒子及作为使碳化硅粒子粘结的粘结材料的硅，优选多个碳化硅粒子以使得碳化硅粒子间形成出细孔的方式通过硅而粘结。另外，柱状蜂窝结构部16以碳化硅为主成分意味着：柱状蜂窝结构部16含有柱状蜂窝结构部16整体的90质量％以上的碳化硅(合计质量)。

优选为，柱状蜂窝结构部16由选自由堇青石、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、多铝红柱石及氧化铝构成的组中的至少1种陶瓷材料形成。

柱状蜂窝结构部16的隔室形状没有特别限定，在柱状蜂窝结构部16的与中心轴正交的截面中，优选为三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等多边形、圆形或椭圆形，此外，可以为不规则形状。优选为多边形。

柱状蜂窝结构部16的隔壁15的厚度优选为0.05～0.50mm，就制造的容易度这一点而言，更优选为0.10～0.45mm。例如，如果隔壁15的厚度为0.05mm以上，则柱状蜂窝结构部16的强度进一步提高；如果隔壁15的厚度为0.50mm以下，则能够使压力损失变小。应予说明，该隔壁15的厚度是利用对中心轴方向截面进行显微镜观察的方法测定得到的平均值。

隔壁15的气孔率优选为20～70％。就制造的容易度这一点而言，隔壁15的气孔率优选为20％以上，如果气孔率为70％以下，则能够维持蜂窝结构体11的强度。

隔壁15的平均细孔径优选为2～30μm，更优选为5～25μm。如果隔壁15的平均细孔径为2μm以上，则制造容易；如果隔壁15的平均细孔径为30μm以下，则能够维持蜂窝结构体11的强度。应予说明，本说明书中，称为“平均细孔径”、“气孔率”时，是指利用压汞法测定得到的平均细孔径、气孔率。

柱状蜂窝结构部16的隔室密度没有特别限制，优选为5～150隔室/cm²的范围，更优选为5～100隔室/cm²的范围，进一步优选为31～80隔室/cm²的范围。

柱状蜂窝结构部16的外形没有特别限定，可以为端面呈圆形的柱状(圆柱形状)、端面呈卵形的柱状、端面呈多边形(四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的柱状等形状。

上述柱状蜂窝结构部16如下制作，即，将含有陶瓷原料的坯料成型为具有区划形成多个隔室的隔壁15的蜂窝状，形成蜂窝成型体，将该蜂窝成型体干燥后，进行烧成，由此制作蜂窝结构体，其中，多个隔室从一个端面延伸至另一个端面而形成流体流路。然后，将得到的蜂窝结构体用于本实施方式的蜂窝结构体的情况下，可以将外周壁与蜂窝结构体一体地挤出而直接用作外周壁，也可以在成型或烧成后，对蜂窝结构体的外周进行磨削，设为规定形状，在该外周经磨削的蜂窝结构体涂布涂层材料，形成外周涂层。应予说明，本实施方式中，例如可以不对蜂窝结构体的最外周进行磨削，而是采用具有外周的蜂窝结构体，在该具有外周的蜂窝结构体的外周面(即、蜂窝结构体的外周的更外侧)进一步涂布上述涂层材料，形成外周涂层。即，前者的情况下，在蜂窝结构体的外周面，仅有由涂层材料形成的外周涂层成为：位于最外周的外周壁。另一方面，后者的情况下，在蜂窝结构体的外周面形成有：二层结构的外周壁，该二层结构的外周壁是进一步层叠有由涂层材料形成的外周涂层的且位于最外周的外周壁。也可以将外周壁与蜂窝结构部一体地挤出，直接烧成，无外周加工地用作外周壁。

蜂窝结构体11不限定于一体地形成有隔壁的一体型蜂窝结构体，例如可以为具有如下结构的蜂窝结构体(接合型蜂窝结构体)，该结构是：多个柱状蜂窝单元借助接合材料层而进行组合得到的，其中该柱状蜂窝单元具有陶瓷制的隔壁且通过隔壁而区划形成出作为流体流路的多个隔室。

在隔壁15的内部担载有催化剂12。催化剂12可以采用选自由氧化催化剂、三元催化剂、NO_x吸储还原催化剂、NO_x选择还原催化剂(SCR催化剂)、烃吸附催化剂、烃及一氧化碳氧化催化剂、以及氨逃逸(氧化)催化剂构成的组中的至少1种。

催化剂12可以根据期望的废气净化目的而适当选择。催化剂12的担载方法没有特别限制，可以按照以往将催化剂担载于蜂窝结构体的担载方法进行。

催化剂载体10至少在气流方向入口侧的端面侧具有不担载催化剂12的区域A。催化剂载体10的气流方向入口侧的端面侧与出口侧的端面侧相比是低温区域，催化剂12难以到达充分的活性温度。因此，通过将该低温区域设为不担载催化剂12的区域A，在感应加热时能够无浪费地有效利用催化剂12，制造成本提高。特别是，作为催化剂12采用Pt等贵金属的情况下，制造成本的优点较大。

具有在催化剂载体的气流方向上的前半段配置电加热载体(EHC)的现有技术，不过，该技术中，催化剂载体仅由通过设置于气流方向上的前半段的EHC加热的气体进行加热。因此，没有利用个体间热传导传递电加热能量的路径，催化剂载体的气流方向入口附近的温度上升不充分，特别是，催化剂的有效利用较为困难。针对该问题，本发明的催化剂载体10至少在气流方向入口侧的端面侧具有不担载催化剂12的区域A，因此，没有在催化剂载体10的气流方向入口附近的温度上升不充分的区域担载催化剂12，感应加热时能够无浪费地有效利用催化剂12。

另外，催化剂载体10为将NH₃作为还原剂进行废气净化的种类的载体的情况下，催化剂载体10具有SCR催化剂。SCR催化剂具有吸附NH₃的性质，因此，在催化剂载体10的气流方向入口附近的低温区域，NH₃吸附，NH₃没有充分行进至出口侧，存在着废气净化性能降低的问题。与此相对，本发明的实施方式所涉及的催化剂载体10至少在气流方向入口侧的端面侧具有不担载SCR催化剂的区域A，能够良好地抑制入口侧的NH₃吸附，从而能够抑制废气净化性能降低。

区域A优选从催化剂载体10的气流方向入口侧的端面配置至催化剂载体10的长度的10％～70％的位置为止。在催化剂载体10的气流方向入口侧的端面至催化剂载体10的长度的10％～70％的位置，有时催化剂12未充分到达活性温度，通过在该位置之内配置不担载催化剂12的区域A，能够更无浪费地有效利用催化剂12。区域A更优选从催化剂载体10的气流方向入口侧的端面配置至催化剂载体10的长度的10％～50％的位置，进一步优选配置至10％～30％的位置。

在蜂窝结构体11内设置有磁性体17。磁性体17在催化剂载体10的气流方向上至少配置于上述的区域A。通过磁性体17配置于区域A，能够使催化剂载体10的气流方向入口附近加热。因此，能够使催化剂载体10的废气净化性能得到提高。

如图1所示，磁性体17可以填充于蜂窝结构体11的隔室13内。此时，催化剂载体10中，填充有磁性体17的隔室和担载有催化剂12的隔室为不同的构成。

关于填充有磁性体17的隔室，针对纵横邻接的隔室，可以每隔1隔室进行配置而构成千鸟格状，也可以每隔2隔室、3隔室等多个隔室进行配置，还可以连续配置。填充有磁性体17的隔室(以下也称为磁性体填充隔室)的数量或配置等没有限制，可以根据需要进行适当设计。可以为：在靠近蜂窝结构体11的外周壁14的位置，使磁性体填充隔室的间隔变大而使磁性体填充隔室的密度变小，在蜂窝结构体11的中央部，使磁性体填充隔室的间隔变小。通过这样设置磁性体填充隔室的间隔，线圈的磁场的影响没有被外周附近的磁性体遮住，而是到达蜂窝结构体11的中央部，故优选。另外，磁性体填充隔室的磁性体填充部分的长度不需要恒定，如果在靠近外周壁14的位置较短且在中央部较长，则线圈的磁场的影响充分到达蜂窝结构体的内部，故优选。应予说明，磁性体填充部分的长度根据隔室而不同的情况下，利用平均的磁性体填充长度来定义区域A。从提高加热效果的观点出发，最好增加填充有磁性体17的隔室数，不过，从降低压力损失的观点出发，最好尽量减少该隔室数。另外，如图2所示，蜂窝结构体11具有截面积较小的隔室和截面积较大的隔室的情况下，从维持感应加热的加热性能且降低压力损失的观点出发，优选使磁性体17填充于截面积较小的隔室内且不在截面积较大的隔室设置磁性体17的形态。

磁性体17为磁性材料，通过磁场而被磁化，磁化的状态也因磁场的强度而发生变化。表示该变化的曲线为“磁化曲线”。关于磁化曲线，有时横轴以磁场H为刻度，纵轴以磁束密度B为刻度(B－H曲线)。将磁性材料完全未被施加磁场的状态称为消磁状态，以原点O表示。当施加磁场时，自原点O开始，描画磁束密度增加并饱和的曲线。该曲线为“初磁化曲线”。将初磁化曲线上的点和原点连结的直线的斜率为“导磁率”。导磁率为磁场浸透这样的含义，作为磁性材料的磁化难易度的标准。原点附近的磁场较小处的导磁率为“初导磁率”，初磁化曲线上最大的导磁率为“最大导磁率”。

磁性体17优选具有500以上的最大导磁率。根据该构成，对蜂窝结构体11进行介电加热时，能够使温度短时间上升至催化剂12活化的温度(约300℃)。

磁性体17优选具有450℃以上的居里点。磁性体17的居里点是指失去强磁性的特性的温度。另外，磁性体17优选具有于25℃为20μΩcm以上的电阻值。另外，磁性体17优选具有40A/m以上的矫磁力。根据该构成，能够使温度短时间上升至催化剂12活化的温度(约300℃)。

作为磁性体17的种类，例如可以举出：余量Co－20质量％Fe、余量Co－25质量％Ni－4质量％Fe、余量Fe－15～35质量％Co、余量Fe－17质量％Co－2质量％Cr－1质量％Mo、余量Fe－49质量％Co－2质量％V、余量Fe－18质量％Co－10质量％Cr－2质量％Mo－1质量％Al、余量Fe－27质量％Co－1质量％Nb、余量Fe－20质量％Co－1质量％Cr－2质量％V、余量Fe－35质量％Co－1质量％Cr、纯钴、纯铁、电磁软铁、余量Fe－0.1～0.5质量％Mn、余量Fe－3质量％Si、余量Fe－6.5质量％Si、余量Fe－18质量％Cr、余量Fe－16质量％Cr－8质量％Al、余量Ni－13质量％Fe－5.3质量％Mo、余量Fe－45质量％Ni、余量Fe－10质量％Si－5质量％Al、余量Fe－36质量％Ni、余量Fe－45质量％Ni、余量Fe－35质量％Cr、余量Fe－13质量％Cr－2质量％Si、余量Fe－20质量％Cr－2质量％Si－2质量％Mo、余量Fe－20质量％Co－1质量％V、余量Fe－13质量％Cr－2质量％Si、余量Fe－17质量％Co－2质量％Cr－1质量％Mo等。

磁性体17可以采用例如板状、棒状、环状、丝状或纤维状的磁性体。应予说明，本发明中，关于棒状的磁性体和丝状的磁性体，将与长度方向垂直的截面的直径为0.8mm以上的形状设为棒状，将该直径小于0.8mm的形状设为丝状，进行区别。将磁性体17填充于隔室13的情况下，可以根据隔室13的形状而适当使用这些形状的磁性体。磁性体17可以多个集合填充于1个隔室，也可以仅1个填充于1个隔室。

另外，磁性体17为环状的情况下，在催化剂载体10的气流方向入口侧的端面设置有沟部，并在该沟部埋入有环状的磁性体。根据该构成，通过电磁感应加热，电流容易按环绕设置成环状的磁性体17的方式流动，从而容易产生涡电流。因此，即便是几十kHz以下的比较低的频率，也能够充分进行电磁感应加热。另外，由于通过设置成环状的磁性体17容易产生涡电流，所以，磁性体必须采用强磁性体等的材料的居里点没有限制，催化剂载体10的加热速度良好。

在催化剂载体10的气流方向入口侧的端面所设置的环状的磁性体17的数量也没有特别限定，例如1个环状的磁性体可以在催化剂载体10的端面彼此空开间隔地设置有多个。

在隔室13可以填充有将磁性体和粘结材料或粘接材料复合化得到的组合物。作为粘结材料，例如可以举出以金属或玻璃为主成分的材料。作为粘接材料，可以举出以二氧化硅或氧化铝为主成分的材料。除了粘结材料或粘接材料以外，还可以进一步含有有机物或无机物。

填充于隔室13内的磁性体17可以如图1所示从催化剂载体10的气流方向入口侧的端面填充至出口侧端面。另外，也可以如图3或图4所示从催化剂载体10的气流方向入口侧的端面填充至隔室13的途中。此时，以环绕的方式配置于催化剂载体10外侧的线圈19设置于：与填充有磁性体17的区域相对应的位置。磁性体17从催化剂载体10的气流方向入口侧的端面填充至隔室13的途中的情况下，优选如图3或图4所示在催化剂载体20、30的气流方向上具有担载有催化剂12的区域和填充有磁性体17的区域相重叠的部分α。根据该构成，来自因感应加热而发热的磁性体的热向催化剂12良好地传递，因此，能够更有效地加热催化剂12。如果担载有催化剂12的区域和填充有磁性体的区域相重叠的部分α较大，则与其相应地，能够良好地加热催化剂12。从该观点出发，该重叠部分α的长度在隔室13的催化剂载体10的气流方向上优选为担载有催化剂12的区域的10％以上，更优选为20％以上，最优选为100％。

另外，如图5及图5中的催化剂载体40的L2－L2截面的示意图即图6所示，磁性体可以包含在蜂窝结构体41的隔壁15上所设置的表面层18中。表面层18包括分散有磁性体的粉体的固定粘着材料。作为固定粘着材料，可以采用：包含硅酸、硼酸或硼硅酸的玻璃、结晶玻璃、陶瓷；或者包含其他氧化物的玻璃、结晶玻璃、陶瓷等。作为玻璃，优选采用熔点为900～1100℃的高熔点玻璃。通过采用高熔点玻璃，使得表面层18的耐热性提高。

表面层18的厚度优选为10～100μm。如果表面层18的厚度为10μm以上，则能够含有多的磁性体，感应加热的发热效率升高。如果表面层18的厚度为100μm以下，则能够降低压力损失。

蜂窝结构体41可以为将两个端面交替封孔的结构，这种情况下，气体从隔壁15通过。此时，表面层18的气孔率优选为30～70％。如果表面层18的气孔率为30％以上，则设置有表面层18的隔室13可更好地用作废气流路。如果表面层18的气孔率为70％以下，则催化剂载体10的感应加热性能更好。表面层18的气孔率更优选为35～65％，进一步优选为40～60％。应予说明，关于表面层18的气孔率，从试样切出的观点出发，利用压汞法进行测定较为困难，这种情况下，可以利用图像解析进行测定。隔室从入口贯通至出口的类型的蜂窝结构体的情况下，表面层18的气孔率优选为10％以上且40％以下。通过气孔率为10％以上，容易系数催化剂浆料的水分，催化剂涂敷性良好；通过气孔率为40％以下，即便隔壁厚度较薄，也能够维持强度。表面层18的气孔率更优选为20％以上且35％以下。

关于包含磁性体的表面层18设置于隔壁15上的隔室13，针对纵横邻接的隔室，可以每隔1隔室进行配置而构成千鸟格状，也可以每隔2隔室、3隔室等多个隔室进行配置，还可以连续配置。包含磁性体的表面层18设置于隔壁15上的隔室的数量或配置等没有限制，可以根据需要进行适当设计。从提高加热效果的观点出发，最好增加包含磁性体的表面层18设置于隔壁15上的隔室数，不过，从降低压力损失的观点出发，最好尽量减少该隔室数。

设置于隔壁15上的包含磁性体的表面层18可以如图5所示从催化剂载体40的气流方向入口侧的端面设置至出口侧端面。另外，也可以如图7所示从催化剂载体50的气流方向入口侧的端面设置至隔室13的途中。

设置于隔壁15上的包含磁性体的表面层18从催化剂载体的气流方向入口侧的端面设置至隔室13的途中的情况下，优选如图7所示在催化剂载体50的气流方向上，具有：设置有催化剂12的区域和设置有包含磁性体的表面层18的区域相重叠的部分α。根据该构成，来自因感应加热而发热的磁性体的热向催化剂12良好地传递，因此，能够更有效地加热催化剂12。如果设置有催化剂12的区域和设置有包含磁性体的表面层18的区域相重叠的部分α较大，则与其相应地能够良好地加热催化剂12。从该观点出发，该重叠部分α的长度在隔室13的催化剂载体的气流方向上优选为担载有催化剂12的区域的10％以上，更优选为15％以上，进一步优选为20％。上限没有特别限定，其为100％以下。

磁性体优选为分散有磁性粉体而形成的。磁性粉体可以分散包含于上述的表面层18中，也可以直接分散担载于蜂窝结构体11的隔壁15上。磁性粉体的平均粒径可以为10～200μm。另外，磁性粉体的分散性可以不均匀。

＜催化剂载体的制造方法＞

接下来，对本发明的实施方式所涉及的催化剂载体的制造方法进行说明。首先，制作具有陶瓷制的隔壁且由隔壁区划形成多个隔室的蜂窝结构体。例如，制作由堇青石形成的蜂窝结构体的情况下，首先，作为坯料用材料，准备堇青石化原料。关于堇青石化原料，由于按堇青石结晶的理论组成配合各成分，所以，配合二氧化硅源成分、氧化镁源成分及氧化铝源成分等。其中，作为二氧化硅源成分，优选采用石英、熔融二氧化硅，此外，优选使该二氧化硅源成分的粒径为100～150μm。

作为氧化镁源成分，例如可以举出：滑石粉、菱镁矿等。其中，优选为滑石粉。堇青石化原料中，优选含有37～43质量％的滑石粉。滑石粉的粒径(平均粒径)优选为5～50μm，更优选为10～40μm。另外，氧化镁(MgO)源成分可以含有作为杂质的Fe₂O₃、CaO、Na₂O、K₂O等。

作为氧化铝源成分，就杂质较少这一点而言，优选含有氧化铝及氢氧化铝中的至少一种。另外，堇青石化原料中，优选含有10～30质量％的氢氧化铝，并优选含有0～20质量％的氧化铝。

接下来，准备向堇青石化原料中添加的坯料用材料(添加剂)。作为添加剂，至少采用粘合剂和造孔剂。并且，除了粘合剂和造孔剂以外，可以使用分散剂、表面活性剂。

作为造孔剂，可以采用能够于堇青石的烧成温度以下与氧发生反应而氧化除去的物质或在堇青石的烧成温度以下的温度具有熔点的低熔点反应物质等。作为能够氧化除去的物质，例如可以举出树脂(特别是粒子状的树脂)、石墨(特别是粒子状的石墨)等。作为低熔点反应物质，可以采用选自由铁、铜、锌、铅、铝及镍构成的组中的至少一种的金属、以这些金属为主成分的合金(例如，铁的情况下为碳钢、铸铁、不锈钢)、或者以二种以上为主成分的合金。其中，低熔点反应物质优选为粉粒状或纤维状的铁合金。此外，其粒径或纤维径(平均直径)优选为10～200μm。关于低熔点反应物质的形状，可以举出球状、卷菱形状、金平糖状等，如果是这些形状，则容易控制细孔的形状，故优选。

作为粘合剂，例如可以举出：羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。另外，作为分散剂，例如可以举出：糊精、多元醇等。另外，作为表面活性剂，例如可以举出脂肪酸皂。应予说明，添加剂可以单独使用一种，或者使用二种以上。

接下来，相对于堇青石化原料100质量份，按粘合剂3～8质量份、造孔剂3～40质量份、分散剂0.1～2质量份、水10～40质量份的比例，将粘合剂、造孔剂、分散剂以及水进行混合，对这些坯料用材料进行混炼，制备坯料。

接下来，利用挤出成型法、注射成型法、压制成型法等，将制备的坯料成型为蜂窝形状，得到生的蜂窝成型体。从连续成型容易、例如能够使堇青石结晶取向考虑，优选采用挤出成型法。挤出成型法可以采用真空练泥机、鼓式挤出成型机、双螺杆式连续挤出成型机等装置进行。

接下来，使蜂窝成型体干燥，调整为规定的尺寸，得到蜂窝干燥体。可以利用热风干燥、微波干燥、介电干燥、减压干燥、真空干燥、冷冻干燥等进行蜂窝成型体的干燥。应予说明，从能够将整体迅速且均匀地干燥方面考虑，优选将热风干燥和微波干燥或介电干燥组合进行干燥。

接下来，在蜂窝干燥体设置磁性体。此处，关于各种磁性体的形态，分别对制造工序进行说明。

(1)磁性体为表面层中含有的磁性粉体且表面层设置于隔室的隔壁上的情形。

首先，利用使磁性粉体及由玻璃等构成的固定粘着材料混合得到的材料，制作表面层形成用浆料。具体而言，例如，将磁性粉体和玻璃粉末配合，在其中配合粘合剂、分散剂、水，制作表面层形成用浆料。作为磁性粉体和玻璃粉体的配合比，按体积基准计为1：1以上且20：1以下。

接下来，对蜂窝干燥体的上游侧的端面的隔室的一部分施加掩膜，将该端面浸渍于贮藏有表面层形成用浆料的贮藏容器中，在未施加掩膜的隔室涂敷表面层形成用浆料。此时，表面层形成用浆料涂敷于自蜂窝干燥体的一个端面起算为规定长度的区域中的隔室内。之后，使其干燥，由此将表面层形成用浆料的水分除去，在隔室的隔壁形成表面层。上述干燥的条件可以采用与使蜂窝成型体干燥的条件同样的条件。另外，关于上述烧成的条件，采用了堇青石化原料的情况下，通常可以在大气气氛下于1410～1440℃的温度烧成3～15小时。应予说明，在蜂窝结构体的全部隔室形成表面层的情况下，在不对上游侧的端面施加掩膜的状态下，在隔室涂敷表面层形成用浆料即可。

作为向隔室内填充浆料的填充方法，将糊料状的材料利用刮浆板这样的刮板按入为简单的方法。以刮浆板的按入次数控制深度较为简单。

(2)磁性体为磁性粉体且以包含在粘结材料或粘接材料中的状态填充于隔室的情形。

使包含磁性粉体和以金属或玻璃为主成分的粘结材料的浆料流入于蜂窝干燥体的隔室内，于该金属的熔点或玻璃的软化点以上的温度进行加热，固化。或者，使包含磁性粉体和以二氧化硅或氧化铝为主成分的粘接材料的浆料流入于蜂窝干燥体的隔室内，进行加热，将二氧化硅或氧化铝固化。

使用以金属或玻璃为主成分的粘结材料的情况下，需要于蜂窝干燥体的耐热温度以下使其暂时熔融或软化，因此，优选于粘结材料的熔点或软化点的温度以上进行加热。另外，使用环境中，由于最高温度到达约700℃，所以，更优选采用具有该温度以上的熔点或软化点的金属或玻璃。作为具体的熔点或软化点，例如为800～1200℃。另一方面，采用以二氧化硅或氧化铝为主成分的粘接材料的情况下，优选为：制造时通过加热干燥能够使粘接材料固化的材料。作为通过加热干燥能够使上述粘接材料固化的材料，例如可以举出二氧化硅或氧化铝的胶体分散体，也可以为包含二氧化硅及氧化铝的胶体分散体。另外，由于使用环境中的最高温度到达约700℃，所以，更优选采用具有该温度以上的耐热温度的二氧化硅或氧化铝。使浆料流入于蜂窝干燥体的隔室内后，在蜂窝干燥体下游安装吸引工具，从蜂窝干燥体下游即另一个端面侧进行吸引，去除多余水分，填充包含磁性体的材料。作为对包含磁性体的材料进行加热处理的条件，优选于温度800～1200℃加热0.5～3小时。

在采用以氧化铝或二氧化硅为主成分的粘接材料的情况下，使浆料流入于隔室内的工序可以在蜂窝成型、干燥体的阶段进行。这种情况下，使浆料流入于蜂窝成型体的隔室内后，对蜂窝成型体进行干燥，在蜂窝干燥体的烧成工序中，同时进行磁性体固定于粘接材料的工序。二氧化硅或氧化铝优选表现出因干燥而固化的效果。

(3)磁性体具有板状、棒状、环状、丝状或纤维状且填充于隔室的情况形。

首先，考虑待填充磁性体的蜂窝干燥体的隔室的截面形状及隔室的长度，准备规定的板状、棒状、丝状或纤维状的磁性体。接下来，将磁性体插入于蜂窝干燥体的规定的隔室，并插入至自上游侧的端面起算为规定的长度，由此在隔室内填充磁性体。另外，磁性体为环状的情况下，预先将蜂窝干燥体的上游侧的端面以规定的深度切削除去，形成沟部，在该沟部插入环状的磁性体。或者，预先制作形成有沟部的生的蜂窝成型体，使其干燥，制作蜂窝干燥体后，在该沟部插入环状的磁性体。

设置磁性体后，使催化剂担载于蜂窝干燥体的规定的隔室内。催化剂的担载方法没有特别限制，可以按照利用以往的催化剂载体的制造方法进行的催化剂担载方法进行。据此，能够制造本发明的实施方式所涉及的催化剂载体。

＜感应加热催化系统＞

图8中示出本发明的实施方式中的感应加热催化系统100的与气流方向平行的截面示意图。感应加热催化系统100具有：本发明的实施方式所涉及的催化剂载体10、以及在催化剂载体10的外周所设置的线圈19。

线圈19呈螺旋状环绕催化剂载体的外周。线圈19可以设置于:与在催化剂载体的气流方向上设置有磁性体的区域相对应的位置。例如，图3、图4、图7所示的催化剂载体按在催化剂载体的气流方向上仅与设置有磁性体的区域对应的方式配置有线圈19。据此，催化剂载体的加热效率良好，另外，能够简化感应加热催化系统100。在感应加热催化系统100可以设置夹着无机垫片22而收纳催化剂载体10及线圈19的金属管23。

感应加热催化系统100中，根据流通于线圈的交流电流而产生磁场的变化，与磁场的变化相对应地，磁性体发热，催化剂载体因该热而升温，由此催化剂的温度上升，催化反应得以促进，根据催化剂的种类，一氧化碳(CO)、氮化氧化物(NO_x)、烃(CH)被氧化或还原为二氧化碳(CO₂)、氮(N₂)、水(H₂O)。发挥出上述功能，对从催化剂载体通过的废气进行净化。如上所述，感应加热催化系统100的催化剂载体至少在气流方向入口侧的端面侧具有不担载催化剂的区域A。催化剂载体的气流方向入口侧的端面侧为低温区域，催化剂难以到达充分的活性温度。因此，通过将该低温区域设为不担载催化剂的区域A，能够在感应加热时无浪费地有效利用催化剂，从而能够减少催化剂的使用量，因此，感应加热催化系统100的制造成本降低。

实施例

以下，例示用于更好地理解本发明及其优点的实施例，不过，本发明并不限定于实施例。

(实施例1)

图9中示出实施例1中准备的感应加热催化系统的与气流方向平行的截面示意图。图9中，“SCR”表示选择性还原催化器，“DOC”表示氧化催化器，“DPF”表示柴油颗粒过滤器，“CC－”表示发动机正下方，“UF”表示地板下。

作为进行模拟时的催化剂载体的配置条件，如图9所示，设为如下条件，即，气流方向上，在与作为柴油发动机的废气流路的金属管67的入口相距200mm的位置配置CC－SCR61，在与CC－SCR61相距400mm的位置配置DOC62/DPF63，在与DPF63相距250mm的位置配置混合器64，在与混合器64相距250mm的位置配置UF－SCR65。

CC－SCR设为如下条件，即，使SCR催化剂以200g/L担载于隔室的延伸方向上的长度为152.4mm的堇青石载体(直径267mm、肋厚0.076mm、隔室密度93隔室/cm²)的隔室内。实施例1中，设置有SCR催化剂的区域设为隔室内自堇青石载体的气流方向上的出口侧的端面起算为50mm内侧的区域(后半段50mm的区域)。即，自堇青石载体的气流方向上的入口侧的端面起算为102.4mm以内的区域设为未担载催化剂的区域A。该区域A为堇青石载体的入口侧端面至堇青石载体的长度的67％的位置。另外，实施例1的CC－SCR具有从堇青石载体的气流方向的入口侧的端面至出口侧的端面填充有磁性体的隔室。磁性体设为如下条件，即，以100g/L配置将粒径20μm的Fe－Cr粒子和玻璃按体积基准计Fe－Cr粒子：玻璃＝8：2进行配合得到的材料。

使用该构成的感应加热催化系统，作为针对柴油发动机(排气量10L)的CC－SCR的应用例，使用解析软件：Exothermia suite 2019.2，按以下给出的初始条件、通电条件及供给废气条件模拟美国废气限制运转模式(FTP)的初始500秒(功率：30kW)的NO_x排放。

＜初始条件＞

·蜂窝结构体温度：300K

·初始氨吸储量：CC－SCR、UF－SCR均为0g/L

＜通电条件＞

·介电加热方法：将与30kW的介电加热相当的热量均匀提供给CC－SCR整个区域

·通电时间：自FTP行驶模式开始500秒钟

＜供给废气条件＞

·NH₃浓度：按进入气体NO_x浓度的1.5倍的方式以0～500秒供给

(比较例1)

作为比较例1，相对于实施例1，将CC－SCR的催化剂配置区域设置为：堇青石载体的气流方向的入口侧的端面至出口侧的端面为止的整个区域，除此以外，以同样的条件实施模拟。

(参考例1：基准值)

作为参考例1，相对于比较例1，没有在CC－SCR配置磁性体，此外，没有在CC－SCR的周围设置线圈，没有进行感应加热，除此以外，采用同样的构成。并且，将该构成的参考例1的NO_x排放设为基准值100％。

在表1中示出上述的试验条件及模拟结果。应予说明，表1的实施例1及比较例1的NO_x排放(相对值％)给出相对于参考例1的基准值100％的相对值。

[表1]

如表1所示，认为：相对于在CC－SCR的整个区域设置有催化剂的比较例1而言，实施例1由于仅在CC－SCR的后半段50mm的区域设置有催化剂，所以，能够良好地抑制CC－SCR的气流方向上的入口侧的NH₃吸附，从而能够抑制废气净化性能降低。另外，认为：实施例1没有在CC－SCR的气流方向入口附近的温度的上升不充分的区域担载催化剂，能够在感应加热时无浪费地有效利用催化剂。

(实施例2)

作为实施例2，相对于实施例1，在CC－SCR的堇青石载体的气流方向上，以相同距离二等分为前半段和后半段，仅在前半段设置与实施例1同样的磁性体及线圈，仅在后半段担载催化剂。

即，实施例2的堇青石载体与实施例1的堇青石载体相同，隔室的延伸方向上的长度为152.4mm。另外，后半段的催化剂配置区域的隔室的延伸方向上的长度为76.2mm。气流方向上配置有磁性体的区域A从堇青石载体的气流方向入口侧的端面配置至堇青石载体的长度的50％的位置。这样，实施例2的CC－SCR的堇青石载体的气流方向上，没有设置有催化剂的区域和设置有磁性体的区域相重叠的部分α。

另外，将感应加热时的功率设为10kW。除此以外，以与实施例1同样的条件实施模拟。

(实施例3)

作为实施例3，相对于实施例2，在CC－SCR的堇青石载体的气流方向上，将设置有磁性体及线圈的区域以22.9mm向催化剂配置区域延长，使得催化剂配置区域和设置有磁性体的区域相重叠的部分α为催化剂配置区域整体的30％，除此以外，以与实施例2同样的条件实施模拟。此时，气流方向上配置有磁性体的区域A从堇青石载体的气流方向入口侧的端面配置至堇青石载体的长度的65％的位置为止。

(实施例4)

作为实施例4，相对于实施例2，在CC－SCR的堇青石载体的气流方向上，将设置有磁性体及线圈的区域以38.1mm向催化剂配置区域延长，使得催化剂配置区域和设置有磁性体的区域相重叠的部分α为催化剂配置区域整体的50％，除此以外，以与实施例2同样的条件实施模拟。此时，气流方向上配置有磁性体的区域A从堇青石载体的气流方向入口侧的端面配置至堇青石载体的长度的75％的位置为止。

(实施例5)

作为实施例5，相对于实施例2，在CC－SCR的堇青石载体的气流方向上，将设置有磁性体及线圈的区域以60.96mm向催化剂配置区域延长，使得催化剂配置区域和设置有磁性体的区域相重叠的部分α为催化剂配置区域整体的80％，除此以外，以与实施例2同样的条件实施模拟。此时，气流方向上配置有磁性体的区域A从堇青石载体的气流方向入口侧的端面配置至堇青石载体的长度的90％的位置为止。

表2中示出上述的试验条件及模拟结果。应予说明，表2的实施例2～5的NO_x排放(相对值％)给出相对于参考例1的基准值100％的相对值。

[表2]

如表2所示，可知：如果设置有催化剂的区域和设置有磁性体的区域相重叠的部分α较大，则相应地能够良好地加热催化剂，使得废气净化性能提高。

符号说明

10、20、30、40、50…催化剂载体

11、21、31、41、51…蜂窝结构体

12…催化剂

13…隔室

14…外周壁

15…隔壁

16…柱状蜂窝结构部

17…磁性体

18…表面层

19…线圈

22…无机垫片

23…金属管

61…CC－SCR

62…DOC

63…DPF

64…混合器

65…UF－SCR

66…无机垫片

67…金属管

68…线圈

100…感应加热催化系统

Claims

1.一种感应加热用的催化剂载体，其具有：

催化剂，该催化剂担载于所述隔壁的内部；以及

磁性体，该磁性体设置于所述蜂窝结构体内，

所述感应加热用的催化剂载体的特征在于，

在气流方向上，所述磁性体至少配置于所述区域A。

2.根据权利要求1所述的感应加热用的催化剂载体，其特征在于，

所述区域A从所述催化剂载体的气流方向入口侧的端面配置至所述催化剂载体的长度的10％～70％的位置为止。

3.根据权利要求1或2所述的感应加热用的催化剂载体，其特征在于，

在气流方向上，具有：担载有所述催化剂的区域、和设置有所述磁性体的区域相重叠的部分。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的感应加热用的催化剂载体，其特征在于，

在所述隔壁上设置有：包含所述磁性体的表面层。

5.根据权利要求1～3中的任一项所述的感应加热用的催化剂载体，其特征在于，

所述磁性体填充于所述蜂窝结构体的隔室内，填充有所述磁性体的隔室和担载有所述催化剂的隔室不同。

6.根据权利要求5所述的感应加热用的催化剂载体，其特征在于，

所述磁性体为：板状、棒状、丝状或纤维状。

7.根据权利要求1～3中的任一项所述的感应加热用的催化剂载体，其特征在于，

所述磁性体为环状，在所述催化剂载体的气流方向入口侧的端面设置有沟部，且在该沟部埋入有所述环状的磁性体。

8.根据权利要求1～7中的任一项所述的感应加热用的催化剂载体，其特征在于，

所述催化剂为SCR催化剂。

9.根据权利要求1～8中的任一项所述的感应加热用的催化剂载体，其特征在于，

所述磁性体是将磁性粉体分散而形成的。

10.一种感应加热催化系统，其特征在于，具有：

权利要求1～9中的任一项所述的感应加热用的催化剂载体；以及

线圈，该线圈设置于所述催化剂载体的外周。

11.根据权利要求10所述的感应加热催化系统，其特征在于，

所述线圈设置于：与在所述催化剂载体的气流方向上设置有所述磁性体的区域相对应的位置。