DE112021004028T5

DE112021004028T5 - Katalysatorträger und katalysatorsystem mit induktionserwärmung

Info

Publication number: DE112021004028T5
Application number: DE112021004028.6T
Authority: DE
Inventors: Yukio Miyairi; Masaaki Masuda; Shuichi Ichikawa; Takuya Ishihara; Kai Matsumoto; Norihisa FUJIE; Yoichi Aoki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2023-05-17
Also published as: JP2024045347A; JPWO2022097341A1; WO2022097341A1; CN116322945A; US20230193806A1

Abstract

Ein Katalysatorträger für Induktionserwärmung enthält: eine Wabenstruktur, die einen säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt enthält, der aufweist: eine äußere Umfangswand; und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche auf einer Einlassseite zu einer Stirnfläche auf einer Auslassseite in einer Gasströmungsrichtung erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden; einen Katalysator, der auf einem Inneren der Trennwand getragen ist; und wenigstens einen Magnetkörper, der innerhalb der Wabenstruktur vorgesehen ist, wobei der Katalysatorträger wenigstens auf der Seite der Stirnfläche des Katalysatorträgers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung, einen Bereich A aufweist, in dem der Katalysator nicht getragen wird, und wobei der Magnetkörper wenigstens in dem Bereich A in der Gasströmungsrichtung angeordnet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Katalysatorträger und ein Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Abgase von Kraftfahrzeugen können im Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung typischerweise schädliche Komponenten wie z. B. Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxide enthalten. Diese schädlichen Komponenten werden in einem Zeitraum unmittelbar nach dem Anlassen einer Kraftmaschine, d. h., in einem Zeitraum, in dem die Katalysatortemperatur niedriger und die katalytische Aktivität unzureichend sind, in einer erhöhten Menge ausgestoßen. Deshalb können die schädlichen Komponenten im Abgas ausgestoßen werden, ohne durch den Katalysator gereinigt zu werden, bevor eine Katalysatoraktivierungstemperatur erreicht wird. Um einen derartigen Bedarf zu befriedigen, ist es notwendig, die Emissionen, die ausgestoßen werden, ohne durch den Katalysator vor dem Erreichen der Katalysatoraktivierungstemperatur gereinigt zu werden, so weit wie möglich zu verringern. Im Stand der Technik sind z. B. Maßnahmen unter Verwendung einer Erwärmungstechnik des Katalysatorträgers bekannt.
Eine derartige Technik ist für ein Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung zum Reinigen eines Abgases durch Versehen eines Strömungswegs für ein Abgas von einem Kraftfahrzeug mit einem Katalysatorträger, der Magnetkörper auf einer Oberfläche einer Trennwand oder in den Zellen einer Wabenstruktur aufweist, Umgeben eines äußeren Umfangs des Katalysatorträgers mit einer Spule und Erwärmen der Magnetkörper durch Induktionserwärmung, um den Katalysatorträger zu veranlassen, Wärme zu erzeugen, bekannt.
Patentliteratur 1 beschreibt einen Katalysatorträger, der eine Struktur aufweist, bei der Metallteilchen oder Metallstücke in mehreren Zellen eines keramischen Trägers über die gesamte Zelle vorgesehen sind, wobei ermöglicht ist, dass die Metallteilchen oder Metallstücke durch Induktionserwärmung Wärme erzeugen.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
Patentliteratur
[Patentliteratur 1] Japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2019-188272 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist der Zweck der Induktionserwärmung, eine Katalysatortemperatur zu erhöhen, um eine Reinigungsrate zu verbessern, wenn eine Gastemperatur in der Nähe eines Einlasses des Katalysatorträgers in einer Gasströmungsrichtung noch niedrig ist. In der Nähe des Einlasses des Katalysatorträgers in der Gasströmungsrichtung werden die Temperatur des Gases und die Temperatur des Trägers/Katalysators aufgrund der Induktionserwärmungjedoch nicht ausreichend erhöht, wobei sie in Richtung eines Auslasses allmählich zunehmen. Bei der in Patentschrift 1 beschriebenen Technik wird zu diesem Zeitpunkt die Temperatur in der Nähe des Einlasses in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers nicht ausreichend erhöht, selbst wenn verursacht wird, dass die Metallpartikel oder Metallstücke, die überall in den Zellen bereitgestellt sind, durch Induktionserwärmung Wärme erzeugen. Deshalb ist es schwierig, den in diesem Bereich vorgesehenen Katalysator zu aktivieren.
Folglich führt der Katalysator, der in der Nähe des Einlasses in der Gasströmungsrichtung vorgesehen ist, zu einer unzureichenden effektiven Nutzung, wobei insbesondere dann, wenn ein Edelmetall wie z. B. Pt als Katalysator verwendet wird, einen großen Mangel hinsichtlich der Produktionskosten entsteht.
In Anbetracht derartiger Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katalysatorträger und ein Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung zu schaffen, die einen Katalysator während der Induktionserwärmung effektiv verwenden können.
Die obigen Probleme werden durch die folgende Erfindung gelöst. Die vorliegende Erfindung ist wie folgt spezifiziert:

(1) Ein Katalysatorträger für die Induktionserwärmung, der umfasst:
- eine Wabenstruktur, die einen säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt umfasst, der aufweist: eine äußere Umfangswand; und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche auf einer Einlassseite zu einer Stirnfläche auf einer Auslassseite in einer Gasströmungsrichtung erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden;
- einen Katalysator, der auf einem Inneren der Trennwand getragen ist; und
- wenigstens einen Magnetkörper, der innerhalb der Wabenstruktur vorgesehen ist,
- wobei der Katalysatorträger wenigstens auf der Seite der Stirnfläche des Katalysatorträgers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung einen Bereich A aufweist, in dem der Katalysator nicht getragen wird, und
- wobei der Magnetkörper wenigstens in dem Bereich A in der Gasströmungsrichtung angeordnet ist.
(2) Ein Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung, das umfasst: den Katalysatorträger zur Induktionserwärmung gemäß (1); und eine Spule, die an einem äußerer Umfang des Katalysatorträgers vorgesehen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Katalysatorträger und ein Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung zu schaffen, die einen Katalysator während der Induktionserwärmung effektiv verwenden können.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorträgers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die parallel zu einer Erstreckungsrichtung der Zellen ist;
2 ist eine schematische Ansicht des L1-L1-Querschnitts des Katalysatorträgers in 1;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorträgers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu einer Erstreckungsrichtung der Zellen parallel ist;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorträgers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu einer Erstreckungsrichtung der Zellen parallel ist;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorträgers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu einer Erstreckungsrichtung der Zellen parallel ist;
6 ist eine schematische Ansicht des L2-L2-Querschnitts des Katalysatorträgers in 5;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorträgers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu einer Erstreckungsrichtung der Zellen parallel ist;
8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorsystems mit Induktionserwärmung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu einer Gasströmungsrichtung parallel ist; und
9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorsystems mit Induktionserwärmung gemäß einem Beispiel, die zu einer Gasströmungsrichtung parallel ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines Katalysatorträgers und eines Katalysatorsystems mit Induktionserwärmung gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen eingeschränkt, wobei verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen basierend auf den Kenntnissen eines Durchschnittsfachmanns auf dem Gebiet vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
<Katalysatorträger>
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorträgers 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der zu einer Erstreckungsrichtung der Zellen 13 parallel ist. 2 ist eine schematische Ansicht des L1-L1-Querschnitts des Katalysatorträgers 10 in 1;
Der Katalysatorträger 10 enthält: eine Wabenstruktur 11; einen Katalysator 12; und Magnetkörper 17. Die Wabenstruktur 11 des Katalysatorträgers 10 enthält einen säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt 16, der aufweist: eine äußere Umfangswand 14; und eine Trennwand 15, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand 14 angeordnet ist und die mehrere Zellen 13 definiert, die sich von einer Stirnfläche auf einer Einlassseite zu einer Stirnfläche auf einer Auslassseite in einer Gasströmungsrichtung erstrecken, um Strömungswege zu bilden.
Obwohl die Materialien der Trennwand 15 und der äußeren Umfangswand 14 des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 16 nicht besonders eingeschränkt sind, ist der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 16 typischerweise aus einem Keramikwerkstoff ausgebildet. Beispiele des keramischen Materials enthalten Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, einen Verbundwerkstoff auf Silicium-Siliciumcarbid-Basis oder einen Verbundwerkstoff auf Siliciumcarbid-Cordierit-Basis, insbesondere einen Sinterkörper, der hauptsächlich auf einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff oder Siliciumcarbid basiert. Wie er hier verwendet wird, bedeutet der Ausdruck „auf Siliciumcarbidbasis“, dass der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 16 Siliciumcarbid in einer Menge von 50 Massen-% oder mehr des gesamten säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 16 enthält. Die Formulierung „der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 16 basiert hauptsächlich auf einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff“ bedeutet, dass der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 16 90 Massen-% oder mehr des Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoffs (Gesamtmasse) basierend auf dem gesamten säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt 16 enthält. Hier enthält der Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff Siliciumcarbidteilchen als ein Aggregat und Silicium als ein Bindemittel zum Binden der Siliciumcarbidteilchen, wobei mehrere Siliciumcarbidteilchen vorzugsweise durch Silicium gebunden sind, um zwischen den Siliciumcarbidteilchen Poren zu bilden. Die Formulierung „der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 16 basiert hauptsächlich auf Siliciumcarbid“ bedeutet, dass der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 16 90 Massen-% oder mehr Siliciumcarbid (Gesamtmasse) basierend auf dem gesamten säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt 16 enthält.
Vorzugsweise ist der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 16 aus wenigstens einem Keramikwerkstoff ausgebildet, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die Cordierit, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Mullit und Aluminiumoxid umfasst.
Die Form jeder der Zellen des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 16 kann vorzugsweise, aber nicht besonders eingeschränkt auf, eine Polygonform, wie z. B. ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck und ein Achteck; eine Kreisform; eine Ellipsenform; oder unregelmäßige Formen, in einem Querschnitt orthogonal zur Mittelachse des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 16 sein. Die Form der Zelle ist vorzugsweise die Polygonform.
Die Trennwand 15 des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 16 weist hinsichtlich einer einfachen Herstellung vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,50 mm und bevorzugter von 0,10 bis 0,45 mm auf. Die Dicke von 0,05 mm oder größer verbessert z. B. die Festigkeit des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 16. Die Dicke von 0,50 mm oder kleiner kann den Druckverlust verringern. Es sollte bemerkt werden, dass die Dicke der Trennwand 15 ein Durchschnittswert ist, der durch ein Verfahren zum Beobachten des axialen Querschnitts mit einem Mikroskop gemessen wird.
Ferner weist die Trennwand 15 vorzugsweise eine Porosität von 20 bis 70 % auf. Hinsichtlich einer einfachen Herstellung beträgt die Porosität der Trennwand 15 vorzugsweise 20 % oder mehr. Die Porosität von 70 % oder kleiner kann die Festigkeit der Wabenstruktur 11 aufrechterhalten.
Die Trennwand 15 weist vorzugsweise einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 2 bis 30 µm und bevorzugter von 5 bis 25 µm auf. Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand 15 von 2 µm oder größer kann zu einer einfachen Herstellung führen. Der durchschnittliche Porendurchmesser von 30 µm oder kleiner kann die Festigkeit der Wabenstruktur 11 aufrechterhalten. Es sollte bemerkt werden, dass die Begriffe „durchschnittlicher Porendurchmesser“ und „Porosität“, wie sie hier verwendet werden, einen durchschnittlichen Porendurchmesser und eine durch eine Quecksilberintrusionstechnik gemessene Porosität bedeuten.
Der säulenförmige Wabenstrukturabschnitt 16 weist vorzugsweise eine Zellendichte in einem Bereich von 5 bis 150 Zellen/cm² und bevorzugter 5 bis 100 Zellen/cm² und noch bevorzugter in einem Bereich von 31 bis 80 Zellen/cm² auf, obwohl sie nicht besonders darauf eingeschränkt ist.
Eine äußere Form des säulenförmigen Wabenstrukturabschnitts 16 kann eine Form, wie z. B. eine Säulenform mit kreisförmigen Stirnflächen (zylindrische Form), eine Säulenform mit ovalen Stirnflächen und eine Säulenform mit polygonalen (viereckigen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen und dergleichen) Stirnflächen und dergleichen sein, ist aber nicht besonders darauf eingeschränkt.
Ein derartiger säulenförmiger Wabenstrukturabschnitt 16 wird hergestellt, indem ein Grünling, der einen keramischen Ausgangsstoff enthält, in eine Wabenform mit der Trennwand 15 geformt wird, die sich von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt und mehrere Zellen definiert, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, wodurch ein Wabenformling gebildet wird, und der Wabenformling getrocknet und dann gebrannt wird. Wenn die resultierende Wabenstruktur für die Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann die äußere Umfangswand einteilig mit der Wabenstruktur extrudiert werden, die als die äußere Umfangswand verwendet wird, wie sie ist, oder kann ein äußerer Umfang der Wabenstruktur geschliffen und in eine vorgegebene Form geformt werden, nachdem sie geformt oder gebrannt worden ist, und kann ein Beschichtungsmaterial auf die am äußeren Umfang geschliffene Wabenstruktur aufgebracht werden, um eine äußere Umfangsbeschichtung zu bilden. Gemäß dieser Ausführungsform kann z. B. eine Wabenstruktur mit einem äußeren Umfang ohne Schleifen des äußersten Umfangs der Wabenstruktur verwendet werden, wobei das Beschichtungsmaterial ferner auf die äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur mit dem äußeren Umfang (d. h., eine weitere Außenseite des äußeren Umfangs der Wabenstruktur) aufgebracht werden kann, um die äußere Beschichtung zu bilden. Das heißt, im ersteren Fall bildet nur die äußere Umfangsbeschichtung aus dem Beschichtungsmaterial die äußere Umfangsfläche, die am äußersten Umfang positioniert ist. Andererseits wird im letzteren Fall eine äußere Umfangswand mit einer zweischichtigen Struktur, die am äußersten Umfang positioniert ist, gebildet, bei der die äußere Umfangsbeschichtung aus dem Beschichtungsmaterial ferner auf die äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur laminiert ist. Die äußere Umfangswand kann einteilig mit dem Wabenstrukturabschnitt extrudiert und gebrannt werden, wie sie ist, was als die äußere Umfangswand ohne Bearbeitung des äußeren Umfangs verwendet werden kann.
Die Wabenstruktur 11 ist nicht auf eine Wabenstruktur des einteiligen Typs eingeschränkt, bei dem die Trennwand einteilig ausgebildet ist. Die Wabenstruktur 11 kann z. B. eine Wabenstruktur, bei der säulenförmige Wabensegmente, die jeweils eine Trennwand aus Keramik aufweisen, und mehrere Zellen, die durch die Trennwand definiert sind, um Strömungswege für ein Fluid zu bilden, über Verbindungsmaterialschichten kombiniert sind, (verbundene Wabenstruktur) sein.
Innerhalb der Trennwand 15 ist ein Katalysator 12 getragen. Der Katalysator 12 kann wenigstens einen Katalysator verwenden, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die einen Oxidationskatalysator, einen Dreiwegekatalysator, einen NO_x-Speicher-Reduktionskatalysator, einen selektiven NO_x-Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator), einen Kohlenwasserstoffadsorptionskatalysator, Kohlenwasserstoff, einen Kohlenmonoxid-Oxidationskatalysator und einem Ammoniak-Schlupf-(Oxidations-) Katalysator umfasst.
Der Katalysator 12 kann abhängig vom gewünschten Zweck der Abgasreinigung geeignet ausgewählt sein. Das Verfahren zum Tragen des Katalysators 12 ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Tragen eines Katalysators auf einer Wabenstruktur ausgeführt werden.
Der Katalysatorträger 10 weist einen Bereich A auf, in dem der Katalysator 12 wenigstens auf der Seite der Stirnfläche auf einer Einlassseite in einer Gasströmungsrichtung nicht getragen wird. Die Stirnfläche des Katalysatorträgers 10 auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung befindet sich in einem Bereich mit niedrigerer Temperatur als die Stirnfläche auf der Auslassseite, wobei es schwierig ist, dass der Katalysator 12 eine ausreichende Aktivierungstemperatur erreicht. Deshalb ist der Bereich mit niedrigerer Temperatur der Bereich A, in dem der Katalysator 12 nicht getragen wird, wodurch der Katalysator 12 während der Induktionserwärmung effektiv ohne Verschwendung verwendet werden kann, was zu einer Verbesserung der Produktionskosten führt. Insbesondere wenn ein Edelmetall, wie z. B. Pt, als der Katalysator 12 verwendet wird, gibt es einen großen Vorzug hinsichtlich der Produktionskosten.
Es gibt einen Stand der Technik, bei dem ein elektrischer Heizträger (EHC) stromaufwärts von der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers angeordnet ist, wobei aber bei dieser Technik der Katalysatorträger nur durch ein Gas erwärmt, das durch den EHC erwärmt wird, der stromaufwärts der Gasströmungsrichtung vorgesehen ist. Deshalb gibt es keinen Weg zum Übertragen elektrischer Heizenergie durch Wärmeleitung zwischen Festkörpern, wobei es insbesondere in der Nähe des Einlasses des Katalysatorträgers in der Gasströmungsrichtung eine unzureichende Temperaturerhöhung gibt, was eine effektive Verwendung des Katalysators schwierig macht. Sogar bezüglich eines derartigen Problems weist der Katalysatorträger 10 gemäß der vorliegenden Erfindung den Bereich A auf, in dem der Katalysator 12 wenigstens auf der Seite der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung nicht getragen wird, so dass der Katalysator 12 nicht in einem Bereich getragen ist, in dem eine Erhöhung einer Temperatur in der Nähe des Einlasses in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers unzureichend ist, wobei der Katalysator 12 während der Induktionserwärmung effektiv ohne Verschwendung verwendet werden kann.
Ferner, wenn der Katalysatorträger 10 von einem Typ ist, der ein Abgas unter Verwendung von NH₃ als ein Reduktionsmittel reinigt, weist der Katalysatorträger 10 den SCR-Katalysator auf. Weil der SCR-Katalysator eine Eigenschaft des Adsorbierens von NH₃ aufweist, wird das NH₃ im Bereich mit niedrigerer Temperatur in der Nähe des Einlasses in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 10 adsorbiert, wobei das NH₃ die Auslassseite nicht ausreichend erreicht, was ein Problem einer Abnahme der Abgasreinigungsleistung verursacht. Andererseits weist der Katalysatorträger 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Bereich A auf, in dem der SCR-Katalysator wenigstens auf der Seite der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung nicht getragen wird, so dass die Adsorption von NH₃ auf der Einlassseite zufriedenstellend unterdrückt werden kann und eine Verschlechterung der Abgasreinigungsleistung unterdrückt werden kann.
Der Bereich A ist vorzugsweise von der Stirnfläche des Katalysatorträgers 10 auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung bis zu einer Position von 10 % bis 70 % der Länge des Katalysatorträgers 10 angeordnet. Der Katalysator 12 kann von der Stirnfläche des Katalysatorträgers 10 auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung bis zu einer Position von 10 % bis 70 % der Länge des Katalysatorträgers 10 die Aktivierungstemperatur nicht ausreichend erreichen. Durch das Anordnen des Bereichs A, in dem der Katalysator 12 nicht getragen wird, an dieser Position kann der Katalysator 12 effektiv ohne Verschwendung verwendet werden. Der Bereich A ist bevorzugter von der Stirnfläche des Katalysatorträgers 10 auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung bis zu einer Position von 10 % bis 50 % der Länge des Katalysatorträgers 10 angeordnet und noch bevorzugter bis zu einer Position von 10 % bis 30 % der Länge des Katalysatorträgers 10 angeordnet.
In der Wabenstruktur 11 ist wenigstens ein Magnetkörper 17 vorgesehen. Der Magnetkörper 17 ist wenigstens im Bereich A wie oben beschrieben in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 10 angeordnet. Durch das Anordnen des Magnetkörpers 17 in dem Bereich A kann die Nähe des Einlasses in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 10 erwärmt werden. Deshalb kann die Abgasreinigungsleistung des Katalysatorträgers 10 verbessert werden.
Die Magnetkörper 17 können in die Zellen 13 der Wabenstruktur 11 gefüllt sein, wie in 1 gezeigt ist. In diesem Fall weisen im Katalysatorträger 10 die mit den Magnetkörpern 17 gefüllten Zellen und die Zellen, auf denen der Katalysator 12 getragen ist, unterschiedliche Strukturen auf.
Bezüglich der vertikal und horizontal einander benachbarten Zellen können die mit den Magnetkörpern 17 gefüllten Zellen 15 in Intervallen von einer Zelle angeordnet sein, um ein gestaffeltes Muster zu bilden, oder sie können in Intervallen von mehreren Zellen, wie z. B. zwei Zellen und drei Zellen, angeordnet sein, oder sie können kontinuierlich angeordnet sein. Die Anzahl, die Anordnung und dergleichen der mit den Magnetkörpern 17 gefüllten Zellen (die im Folgenden außerdem als mit Magnetkörpern gefüllte Zellen bezeichnet werden) sind nicht eingeschränkt, wobei sie nach Bedarf geeignet entworfen sein können. In der Nähe der äußeren Umfangswand 14 der Wabenstruktur 11 kann ein Abstand zwischen den mit Magnetkörpern gefüllten Zellen vergrößert werden, um die Dichte der mit Magnetkörpern gefüllten Zellen zu verringern, wobei im mittleren Abschnitt der Wabenstruktur 11 der Abstand zwischen den mit Magnetkörpern gefüllten Zellen verringert sein kann. Ein derartiger Abstand zwischen den mit Magnetkörpern gefüllten Zellen kann es ermöglichen, dass ein Einfluss eines Magnetfeldes einer Spule den mittleren Abschnitt der Wabenstruktur 11 erreicht, ohne durch die Magnetkörper in der Nähe des äußeren Umfangs blockiert zu werden, was bevorzugt ist. Ferner muss die Länge des mit den Magnetkörpern zu füllenden Abschnitts der mit Magnetkörpern gefüllten Zellen nicht konstant sein, wobei, wenn die Länge in der Nähe der äußeren Umfangswand 14 kürzer und im mittleren Abschnitt länger ist, der Einfluss des Magnetfelds der Spule das Innere der Wabenstruktur ausreichend erreicht, was bevorzugt ist. Falls sich die Länge des mit den Magnetkörpern zu füllenden Abschnitts abhängig von den Zellen unterscheidet, ist der Bereich A durch eine durchschnittliche Länge der gefüllten Magnetkörper definiert. Vom Standpunkt des Vergrößerns der Heizwirkung ist es besser, die Anzahl der mit den Magnetkörpern 17 gefüllten Zellen zu erhöhen, wobei es aber vom Standpunkt des Verringerns des Druckverlustes besser ist, sie so weit wie möglich zu verringern. Ferner ist, wie in 2 gezeigt ist, wenn die Wabenstruktur 11 Zellen mit einer kleinen Querschnittsfläche und Zellen mit einer großen Querschnittsfläche aufweist, eine Ausführungsform, bei der die Zellen mit einer kleinen Querschnittsfläche mit den Magnetkörpern 17 gefüllt sind und die Zellen mit einer großen Querschnittsfläche nicht mit den Magnetkörpern 17 versehen sind, vom Standpunkt des Verringerns des Druckverlustes bevorzugt, während die Heizleistung der Induktionsheizung aufrechterhalten wird.
Der Magnetkörper 17 ist ein Magnetwerkstoff und wird durch ein Magnetfeld magnetisiert, wobei es einen Magnetisierungszustand aufweist, der abhängig von der Intensität des Magnetfelds variabel ist. Dies wird durch eine „Magnetisierungskurve“ repräsentiert. Die Magnetisierungskurve kann ein Magnetfeld H auf einer horizontalen Achse und eine magnetische Flussdichte B auf einer vertikalen Achse aufweisen (B-H-Kurve). Ein Zustand, in dem kein Magnetfeld an den Magnetwerkstoff angelegt ist, bezieht sich auf einen Entmagnetisierungszustand, der durch einen Ursprung O repräsentiert wird. Wenn ein Magnetfeld angelegt wird, wird eine Kurve gezeichnet, in der die magnetische Flussdichte vom Ursprung O bis zu einem gesättigten Zustand zunimmt. Diese Kurve ist eine „Anfangsmagnetisierungskurve“. Ein Anstieg einer Geraden, die einen Punkt auf der Anfangsmagnetisierungskurve mit dem Ursprung verbindet, ist eine „magnetische Permeabilität“. Die magnetische Permeabilität gibt eine einfache Magnetisierung des Magnetwerkstoffs in einem derartigen Sinn an, dass das Magnetfeld durchdringt. Die magnetische Permeabilität in der Nähe des Ursprungs, wo das Magnetfeld kleiner ist, ist eine „anfängliche magnetische Permeabilität“, während eine magnetische Permeabilität, die auf der anfänglichen Magnetisierungskurve maximal ist, eine „maximale magnetische Permeabilität“ ist.
Der Magnetkörper 17 weist vorzugsweise eine maximale magnetische Permeabilität von 500 oder größer auf. Gemäß einer derartigen Konfiguration kann, wenn die Wabenstruktur 11 der dielektrischen Erwärmung unterworfen wird, die Temperatur in einer kurzen Zeitraum bis zu einer Temperatur erhöht werden, bei der der Katalysator 12 aktiviert wird (etwa 300 °C).
Der Magnetkörper 17 weist vorzugsweise eine Curie-Temperatur von 450 °C oder mehr auf. Die Curie-Temperatur bezieht sich auf eine Temperatur, bei der die Eigenschaft des Ferromagnetismus verlorengeht. Außerdem weist der Magnetkörper 17 vorzugsweise einen Eigenwiderstandswert von 20 µΩcm oder größer bei 25 °C auf. Außerdem weist der Magnetkörper 17 vorzugsweise eine Koerzitivkraft von 40 A/m oder größer auf. Gemäß derartigen Konfigurationen kann die Temperatur in einem kurzen Zeitraum bis zu einer Temperatur erhöht werden, bei der der Katalysator 12 aktiviert wird (ca. 300 °C).
Typen der Magnetkörper 17 enthalten z. B. Restgehalt Co-20 Masse% Fe; Restgehalt Co-25 Masse-% Ni-4 Masse-% Fe; Restgehalt Fe-15 bis 35 Masse-% Co; Restgehalt Fe-17 Masse-% Co-2 Masse-% Cr-1 Masse-% Mo; Restgehalt Fe-49 Masse-% Co-2 Masse-% V; Restgehalt Fe-18 Masse-% Co-10 Masse-% Cr-2 Masse-% Mo-1 Masse-% Al; Restgehalt Fe-27 Masse-% Co-1 Masse-% Nb; Restgehalt Fe-20 Masse-% Co-1 Masse-% Cr-2 Masse-% V; Restgehalt Fe-35 Masse-% Co-1 Masse-% Cr; reines Kobalt; reines Eisen; elektromagnetisches Weicheisen; Restgehalt Fe-0,1 bis 0,5 Masse-% Mn; Restgehalt Fe-3 Masse-% Si; Restgehalt Fe-6,5 Masse-% Si; Restgehalt Fe-18 Masse-% Cr; Restgehalt Fe-16 Masse-% Cr-8 Masse-% Al; Restgehalt Ni-13 Masse-% Fe-5,3 Masse-% Mo; Restgehalt Fe-45 Masse-% Ni; Restgehalt Fe-10 Masse-% Si-5 Masse-% Al; Restgehalt Fe-36 Masse-% Ni; Restgehalt Fe-45 Masse-% Ni; Restgehalt Fe-35 Masse-% Cr; Restgehalt Fe-13 Masse-% Cr-2 Masse-% Si; Restgehalt Fe-20 Masse-% Cr-2 Masse-% Si-2 Masse-% Mo; Restgehalt Fe-20 Masse-% Co-1 Masse-% V; Restgehalt Fe-13 Masse-% Cr-2 Masse-% Si; Restgehalt Fe-17 Masse-% Co-2 Masse-% Cr-1 Masse-% von Mo; und dergleichen.
Der Magnetkörper 17 kann z. B. plattenförmig, stabförmig, ringförmig, drahtförmig oder faserförmig sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die stabförmigen Magnetkörper und die drahtförmigen Magnetkörper unterschieden, indem jene mit einem Querschnittsdurchmesser von 0,8 mm oder größer senkrecht zur Längsrichtung als die stabförmigen definiert werden, während jene mit einem Durchmesser von kleiner als 0,8 mm als die drahtförmigen definiert werden. Beim Füllen der Zellen 13 mit den Magnetkörpern 17 können die Magnetkörper mit diesen Formen gemäß der Form der Zellen 13 geeignet verwendet werden. Eine einzelne Zelle kann mit mehreren Magnetkörpern 17 gefüllt werden oder kann mit nur einem gefüllt werden.
Wenn der Magnetkörper 17 ringförmig ist, ist/sind in der Stirnfläche des Katalysatorträgers 10 auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung eine Nut(en) vorgesehen, wobei der (die) ringförmige(n) Magnetkörper in der (den) Nut(en) eingebettet ist (sind). Gemäß einer derartigen Struktur fließt ein elektrischer Strom durch elektromagnetische Induktion leicht, um den ringförmigen Magnetkörper 17 zu umströmen, wobei ein Wirbelstrom leicht erzeugt wird. Deshalb ist eine elektromagnetische Induktionserwärmung selbst bei einer relativ niedrigen Frequenz von einigen zehn kHz oder weniger ausreichend möglich. Weil die Wirbelströme durch den ringförmigen Magnetkörper 17 leicht erzeugt werden, gibt es ferner keine Einschränkung aufgrund des Curiepunkts des Materials, wie z. B. die Notwendigkeit, immer ein ferromagnetisches Material für den Magnetkörper zu verwenden, was zu einer guten Erwärmungsrate des Katalysatorträgers 10 führt.
Die Anzahl der ringförmigen Magnetkörper 17, die an der Stirnfläche des Katalysatorträgers 10 auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung vorgesehen sind, ist außerdem nicht besonders eingeschränkt. Es können z. B. mehrere einzelne ringförmige Magnetkörper an der Stirnfläche des Katalysatorträgers 10 vorgesehen sein, die voneinander beabstandet sind.
Die Zellen 13 können mit einer Verbundzusammensetzung aus dem Magnetkörper und einem Bindemittel oder einem Klebematerial gefüllt sein. Beispiele des Bindemittels enthalten Materialien, die hauptsächlich auf einem Metall oder Glas basieren. Beispiele des Klebematerials enthalten Materialien, die hauptsächlich auf Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid basieren. Zusätzlich zu dem Bindemittel oder dem Klebematerial können sie ferner organische oder anorganische Stoffe enthalten.
Wie in 1 gezeigt ist, können die in die Zellen 13 gefüllten Magnetkörper 17 von der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung bis zur Stirnfläche auf der Auslassseite des Katalysatorträgers 10 gefüllt sein. Alternativ können die Magnetkörper 17 von der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 10 bis zu einem Teil der Zellen 13 gefüllt sein, wie in den 3 oder 4 gezeigt ist. In diesem Fall ist die Spule 19, die so angeordnet ist, dass sie die Außenseite des Katalysatorträgers 10 in Umfangsrichtung umgibt, an der Position vorgesehen, die dem mit den Magnetkörpern 17 gefüllten Bereich entspricht. Wenn die Magnetkörper 17 von der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 10 bis zum halben Weg der Zellen 14 gefüllt sind, wie in den 3 oder 4 gezeigt, ist es bevorzugt, einen Abschnitt α, in dem der Bereich, der den Katalysator 12 trägt, und der mit den Magnetkörpern 17 gefüllte Bereich einander überlappen, in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 20, 30 aufzuweisen. Gemäß einer derartigen Anordnung wird die von den Magnetkörpern durch Induktionserwärmung erzeugte Wärme gut auf den Katalysator 12 übertragen, so dass der Katalysator 12 effektiver erwärmt werden kann. Ein größerer Abschnitt α, in dem der Bereich, der den Katalysator 12 trägt, und der mit den Magnetkörpern gefüllte Bereich einander überlappen, kann zu einer besseren Erwärmung des Katalysators 12 führen. Von einem derartigen Standpunkt beträgt die Länge des überlappenden Abschnitts α in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 10 bevorzugt 10 % oder mehr, bevorzugter 20 % oder mehr, am bevorzugtesten 100 % des den Katalysator 12 tragenden Bereichs der Zellen 13.
Wie in 5 und 6, die eine schematische Ansicht eines L2-L2-Querschnitts eines in 5 veranschaulichten Katalysatorträgers 40 ist, gezeigt ist, können die Magnetkörper in einer Oberflächenschicht 18 enthalten sein, die auf einer Trennwand 15 einer Wabenstruktur 41 vorgesehen ist. Die Oberflächenschicht 18 enthält ein Befestigungsmaterial, in dem Magnetpulver dispergiert ist. Beispiele des Befestigungsmaterials, das hier verwendet werden kann, enthalten Glas, das ein Silikat, Borat oder Borsilikat enthält, kristallisiertes Glas, Keramik oder Glas, kristallisiertes Glas, Keramik, das andere Oxide enthält, oder dergleichen. Bevorzugte Beispiele des Glases, das hier verwendet werden kann, enthalten ein Glas mit hohem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt von 900 bis 1100 °C aufweist. Die Verwendung des Glases mit hohem Schmelzpunkt führt zu einer Verbesserung der Wärmebeständigkeit der Oberflächenschicht 18.
Die Oberflächenschicht 18 weist vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 100 µm auf. Die Dicke der Oberflächenschicht 18 von 10 µm oder größer kann es ermöglichen, dass eine größere Menge an magnetischen Substanzen enthalten ist, wodurch ein Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung durch Induktionserwärmung erhöht wird. Die Dicke der Oberflächenschicht 18 von 100 µm oder kleiner kann zu einem verringerten Druckverlust führen.
Die Wabenstruktur 41 kann eine Struktur aufweisen, bei der beide Stirnflächen abwechselnd abgedichtet sind, wobei in diesem Fall das Gas durch die Trennwand 15 hindurchgeht. In diesem Fall weist die Oberflächenschicht 18 vorzugsweise eine Porosität von 30 bis 70 % auf. Die Porosität der Oberflächenschicht 18 von 30 % oder größer kann es ermöglichen, dass die mit der Oberflächenschicht 18 versehenen Zellen 13 als Strömungswege für ein Abgas zufriedenstellend verwendet werden. Die Porosität der Oberflächenschicht 18 von 70 % oder kleiner kann zu einer verbesserten Induktionsheizleistung des Katalysatorträgers 10 führen. Die Porosität der Oberflächenschicht 18 beträgt bevorzugter 35 bis 65 % und noch bevorzugter 40 bis 60 %. Es ist hinsichtlich des Schneidens der Probe schwierig, die Porosität der Oberflächenschicht 18 durch die Quecksilberintrusionstechnik zu messen, wobei sie daher in diesem Fall durch Bildanalyse gemessen werden kann. Im Fall der Wabenstruktur, bei der die Zellen vom Einlass bis zum Auslass durchdringen, weist die Oberflächenschicht 18 vorzugsweise eine Porosität von 10 % oder größer und 40 % oder kleiner auf. Die Porosität von 10 % oder größer kann es ermöglichen, dass der Wassergehalt eines Katalysatorbreis leicht absorbiert wird und eine Katalysatorbeschichtungseigenschaft verbessert ist. Die Porosität von 40 % oder kleiner kann die Festigkeit aufrechterhalten, selbst wenn die Trennwand eine geringere Dicke aufweist. Die Porosität der Oberflächenschicht 18 beträgt bevorzugter 20 % oder größer und 35 % oder kleiner.
Bezüglich der vertikal und horizontal benachbarten Zellen können die Zellen 13, in denen die die Magnetkörper enthaltende Oberflächenschicht 18 auf der Trennwand 15 vorgesehen ist, in einem Intervall von einer Zelle angeordnet sein, um ein gestaffeltes Muster zu bilden, oder sie können in Intervallen von mehreren Zellen, wie z. B. zwei Zellen und drei Zellen, angeordnet sein, oder sie können kontinuierlich angeordnet sein. Die Anzahl, die Anordnung und dergleichen der Zellen, in denen die die Magnetkörper enthaltende Oberflächenschicht 18 auf der Trennwand 15 vorgesehen ist, sind nicht eingeschränkt, wobei sie nach Bedarf entsprechend entworfen sein können. Vom Standpunkt der Vergrößerns der Heizwirkung ist es besser, die Anzahl der Zellen zu erhöhen, in denen die die Magnetkörper enthaltende Oberflächenschicht 18 auf der Trennwand 15 vorgesehen ist, während es vom Standpunkt des Verringerns des Druckverlustes besser ist, die Anzahl der Zellen so weit wie möglich zu verringern.
Wie in 5 gezeigt ist, kann die die Magnetkörper enthaltende Oberflächenschicht 18, die auf der Trennwand 15 vorgesehen ist, über den gesamten Bereich von der Stirnfläche auf der Einlassseite bis zur Stirnfläche auf der Auslassseite in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 40 vorgesehen sein. Ferner kann, wie in 7 gezeigt ist, der Katalysatorträger 50 von der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 50 bis zum halben Weg der Zellen 13 vorgesehen sein.
Wenn die die Magnetkörper enthaltende Oberflächenschicht 18, die auf der Trennwand 15 vorgesehen ist, von der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers bis zum halben Weg der Zellen 13 vorgesehen ist, wie in 7 gezeigt ist, ist es bevorzugt, einen Abschnitt α, in dem der mit dem Katalysator 12 versehene Bereich und der mit der die Magnetkörper enthaltenden Oberflächenschicht 18 versehene Bereich einander überlappen, in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers 50 aufzuweisen. Gemäß einer derartigen Anordnung wird die von den Magnetkörpern durch Induktionserwärmung erzeugte Wärme gut auf den Katalysator 12 übertragen, so dass der Katalysator 12 effektiver erwärmt werden kann. Ein größerer Abschnitt α, in dem der mit dem Katalysator 12 versehene Bereich und der mit der die Magnetkörper enthaltenden Oberflächenschicht 18 versehene Bereich einander überlappen, kann zu einer besseren Erwärmung des Katalysators 12 führen. Von einem derartigen Standpunkt beträgt die Länge des überlappenden Abschnitts α vorzugsweise 10 % oder mehr, bevorzugter 15 % oder mehr und noch bevorzugter 20 % des den Katalysator 12 tragenden Bereichs der Zellen 13 in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers. Die Obergrenze ist nicht besonders eingeschränkt, sie kann aber 100 % oder kleiner sein.
Der Magnetkörper kann durch Dispergieren von Magnetpulver gebildet werden. Das Magnetpulver kann in der Oberflächenschicht 18 dispergiert enthalten sein, wie oben beschrieben worden ist, oder kann direkt auf der Trennwand 15 der Wabenstruktur 11 dispergiert getragen sein. Das Magnetpulver kann einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 bis 200 µm aufweisen. Überdies kann die Dispergierbarkeit des magnetischen Pulvers ungleichmäßig sein.
<Verfahren zum Herstellen des Katalysatorträgers>
Als Nächstes wird das Verfahren zum Herstellen des Katalysatorträgers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zuerst wird die Wabenstruktur mit der Trennwand aus Keramik und den mehreren Zellen, die durch die Trennwände definiert sind, hergestellt. Wenn z. B. die Wabenstruktur aus Cordierit hergestellt wird, wird zuerst ein cordieritbildender Ausgangsstoff als ein Grünling hergestellt. Der cordieritbildende Ausgangsstoff enthält eine Siliciumdioxid-Quellkomponente, eine Magnesiumoxid-Quellkomponente und eine Aluminiumoxid-Quellkomponente und dergleichen, um jede Komponente so zu formulieren, dass sie eine theoretische Zusammensetzung des Cordieritkristalls aufweist. Unter ihnen enthält die Siliciumdioxid-Quellkomponente, die hier verwendet werden kann, vorzugsweise Quarz und Quarzglas, wobei der Teilchendurchmesser der Siliciumdioxid-Quellkomponente vorzugsweise von 100 bis 150 µm beträgt.
Beispiele der Magnesiumoxid-Quellkomponente enthalten Talkum und Magnesit. Unter ihnen ist Talkum bevorzugt. Das Talkum ist vorzugsweise in einer Menge von 37 bis 43 Masse-% im cordieritbildenden Ausgangsstoff enthalten. Das Talkum weist vorzugsweise einen Teilchendurchmesser (durchschnittlichen Teilchendurchmesser) von 5 bis 50 µm und bevorzugter von 10 bis 40 µm auf. Ferner kann die Magnesiumoxid-Quellkomponente (MgO-Quellkomponente) Fe₂O₃, CaO, Na₂O, K₂O und dergleichen als Verunreinigungen enthalten.
Die Aluminiumoxid-Quellkomponente enthält vorzugsweise wenigstens eines von Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid hinsichtlich weniger Verunreinigungen. Ferner ist in dem cordieritbildenden Ausgangsstoff Aluminiumhydroxid vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 30 Massen-% enthalten und Aluminiumoxid vorzugsweise in einer Menge von 0 bis 20 Massen% enthalten.
Dann wird ein Material für einen Grünling, das zu dem cordieritbildenden Ausgangsstoff hinzuzufügen ist, (ein Additiv) hergestellt. Als Additive werden wenigstens ein Bindemittel und ein Porenbildner verwendet. Zusätzlich zu dem Bindemittel und dem Porenbildner kann ein Dispergiermittel oder ein oberflächenaktiver Stoff verwendet werden.
Der Porenbildner, der hier verwendet werden kann, enthält einen Stoff, der durch Reagieren mit Sauerstoff bei einer Temperatur, die gleich der oder tiefer als die Brenntemperatur des Cordierits ist, oxidativ entfernt werden kann, oder einen Reaktanten mit niedrigem Schmelzpunkt, der einen Schmelzpunkt bei einer Temperatur aufweist, die gleich der oder tiefer als die Brenntemperatur des Cordierits ist, oder dergleichen. Beispiele des Stoffs, der oxidativ entfernt werden kann, enthalten Harze (insbesondere teilchenförmige Harze), Graphit (insbesondere teilchenförmigen Graphit) und dergleichen. Beispiele des Reaktanten mit niedrigem Schmelzpunkt, der hier verwendet werden kann, enthalten wenigstens ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Eisen, Kupfer, Zink, Blei, Aluminium und Nickel umfasst, Legierungen, die hauptsächlich auf diesen Metallen basieren (z. B. Kohlenstoffstahl und Gusseisen für das Eisen und rostfreier Stahl), oder Legierungen, die hauptsächlich auf zwei oder mehr dieser Metalle basieren. Unter diesen ist der Reaktant mit niedrigem Schmelzpunkt vorzugsweise eine Eisenlegierung in Form von Pulver oder Fasern. Ferner weist der Reaktant mit niedrigem Schmelzpunkt vorzugsweise einen Teilchendurchmesser oder einen Faserdurchmesser (einen durchschnittlichen Durchmesser) von 10 bis 200 µm auf. Beispiele einer Form des Reaktanten mit niedrigem Schmelzpunkt enthalten eine Kugelform, eine gewundene Rautenform, eine Konfettiform und dergleichen. Diese Formen sind bevorzugt, weil die Form der Poren leicht gesteuert werden kann.
Beispiele des Bindemittels enthalten Hydroxypropylmethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol und dergleichen. Ferner enthalten die Beispiele des Dispergiermittels Dextrin, Polyalkohol und dergleichen. Weiterhin enthalten die Beispiele des oberflächenaktiven Stoffs Fettsäureseifen. Das Additiv kann allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Anschließend werden zu 100 Masseteilen des cordieritbildenden Ausgangsstoffs von 3 bis 8 Masseteilen des Bindemittels, von 3 bis 40 Masseteilen des Porenbildners, von 0,1 bis 2 Masseteilen des Dispergiermittels und von 10 bis 40 Masseteilen Wasser zugegeben, wobei diese Materialien für einen Grünling geknetet werden, um einen Grünling herzustellen.
Der vorbereitete Grünling wird dann durch ein Strangpressverfahren, ein Spritzgießverfahren, ein Pressformverfahren oder dergleichen in eine Wabenform gebracht, um einen rohen Wabenformling zu erhalten. Vorzugsweise wird das Strangpressverfahren verwendet, weil ein kontinuierliches Formen einfach ist und z. B. die Cordieritkristalle orientiert werden können. Das Strangpressverfahren kann unter Verwendung einer Vorrichtung, wie z. B. einem Vakuum-Grünlingkneter, einer Extrusionsformmaschine des Stempeltyps, einer kontinuierlichen Extrusionsformmaschine des Doppelschneckentyps oder dergleichen ausgeführt werden.
Der Wabenformling wird dann getrocknet und auf eine vorgegebene Größe eingestellt, um einen getrockneten Wabenkörper zu erhalten. Der Wabenformling kann durch Heißlufttrocknung, Mikrowellentrocknung, dielektrische Trocknung, Trocknung unter verringertem Druck, Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung und dergleichen getrocknet werden. Es ist bevorzugt, eine kombinierte Trocknung aus Heißlufttrocknung und Mikrowellentrocknung oder dielektrischer Trocknung auszuführen, weil der gesamte Wabenformling schnell und gleichmäßig getrocknet werden kann.
Die Magnetkörper werden in dem getrockneten Wabenkörper bereitgestellt. Hier wird jeder Produktionsschritt für verschiedene Formen der Magnetkörper beschrieben.
(1) Fall, in dem der Magnetkörper ein in der Oberflächenschicht enthaltenes Magnetpulver ist und die Oberflächenschicht auf der Trennwand der Zellen vorgesehen ist.
Zuerst wird ein die Oberflächenschicht bildender Brei aus einem Material hergestellt, das durch Mischen des Magnetpulvers mit dem Befestigungsmaterial aus Glas oder dergleichen erhalten wird. Insbesondere werden z. B. Magnetpulver und Glaspulver gemischt, wobei ein Bindemittel, ein Dispergiermittel und Wasser damit vermischt werden, um den die Oberflächenschicht bildenden Brei herzustellen. Das Mischungsverhältnis des Magnetpulvers zum Glaspulver beträgt auf einer Volumenbasis 1:1 oder größer und 20:1 oder kleiner.
Anschließend wird eine Maske auf einige der Zellen auf einer Stirnfläche auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des getrockneten Wabenkörpers aufgebracht, wobei diese Stirnfläche in einen Vorratsbehälter eingetaucht wird, in dem der die Oberflächenschicht bildende Brei gelagert ist, um die nicht maskierten Zellen mit dem die Oberflächenschicht bildenden Brei zu beschichten. In diesem Fall wird der die Oberflächenschicht bildende Brei auf das Innere der Zellen in einem Bereich mit einer vorgegebenen Länge von einer Stirnfläche des getrockneten Wabenkörpers aufgetragen. Er wird dann getrocknet, um das Wasser in dem die Oberflächenschicht bildenden Brei zu entfernen, wodurch eine Oberflächenschicht auf der Trennwand der Zellen gebildet wird. Als die Trocknungsbedingungen können die gleichen Bedingungen wie jene für das Trocknen des Wabenformlings verwendet werden. Ferner können die Bedingungen für das obige Brennen typischerweise in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 1410 bis 1440 °C für 3 bis 15 Stunden sein, wenn der cordieritbildende Ausgangsstoff verwendet wird. Es sollte bemerkt werden, dass, wenn die Oberflächenschicht auf allen Zellen der Wabenstruktur gebildet wird, der die Oberflächenschicht bildende Brei auf die Zellen aufgetragen werden kann, ohne die Maske auf die Stirnfläche auf der stromaufwärts gelegenen Seite aufzubringen.
Ein Verfahren zum Füllen des Breis in die Zellen wird einfach durch Drücken eines pastenartigen Materials mit einem Spatel, wie z. B. einer Rakel, in die Zellen ausgeführt. Es ist einfach, die Tiefe durch die Anzahl der zu drückenden Rakelprozesse zu steuern.
(2) Fall, in dem der Magnetkörper ein Magnetpulver ist und in einem Zustand, in dem er in einem Bindemittel oder einem Klebematerial enthalten ist, in die Zellen gefüllt wird.
Ein Brei, der das Magnetpulver und das Bindemittel enthält, das als eine Hauptkomponente Metall oder Glas enthält, wird in die Zellen des getrockneten Wabenkörpers eingebracht und verfestigt, indem es auf eine Temperatur erwärmt wird, die gleich einem oder höher ist als ein Schmelzpunkt des Metalls oder ein Erweichungspunkt des Glases ist. Alternativ wird ein Brei, der Magnetpulver und ein Klebematerial enthält, das als eine Hauptkomponente Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid enthält, in die Zellen des getrockneten Wabenkörpers eingebracht und erwärmt, um das Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid zu verfestigen.
Wenn das Bindemittel verwendet wird, das Metall oder Glas als eine Hauptkomponente enthält, ist es notwendig, den getrockneten Wabenkörper einmal bei einer Temperatur zu schmelzen oder zu erweichen, die tiefer als eine Wärmebeständigkeitstemperatur des getrockneten Wabenkörpers ist, wobei es daher bevorzugt ist, ihn auf eine Temperatur zu erwärmen, die höher als ein oder gleich einem Schmelzpunkt oder einem Erweichungspunkt des Bindemittels ist. Außerdem kann die Maximaltemperatur abhängig von den Verwendungsumgebungen etwa 700 °C erreichen, daher ist es bevorzugter, ein Metall oder Glas zu verwenden, das einen Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt aufweist, der höher als diese oder gleich dieser Temperatur ist. Ein spezifischer Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt liegt z. B. bei 800 bis 1200 °C. Wenn andererseits das Klebematerial, das Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente enthält, verwendet wird, ist es bevorzugt, dass das Klebematerial durch Erwärmen und Trocknen während der Herstellung verfestigt werden kann. Das Klebematerial, das durch Erwärmen und Trocknen verfestigt werden kann, enthält z. B. eine kolloidale Dispersion von Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid oder kann eine kolloidale Dispersion sein, die Siliciumdioxid und Aluminiumoxid enthält. Weil die Maximaltemperatur in der Verwendungsumgebung etwa 700 °C erreicht, ist es ferner bevorzugter, Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid zu verwenden, das eine Wärmebeständigkeitstemperatur aufweist, die höher als diese oder gleich dieser Temperatur ist. Nachdem der Brei in die Zellen des getrockneten Wabenkörpers eingebracht worden ist, wird eine Saugvorrichtung an einer stromabwärts gelegenen Seite des getrockneten Wabenkörpers angebracht, wird das überschüssige Wasser durch Absaugen von der Seite der anderen Stirnfläche stromabwärts des getrockneten Wabenkörpers entfernt und wird das Material, das die Magnetkörper enthält, eingefüllt. Was die Bedingungen für die Wärmebehandlung des Materials, das die Magnetkörper enthält, betrifft, ist es bevorzugt, das Material vorzugsweise auf eine Temperatur von 800 bis 1200 °C für 0,5 bis 3 Stunden zu erwärmen.
Wenn das Klebematerial, das Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid als eine Hauptkomponente enthält, verwendet wird, kann der Schritt des Einbringens des Breis in die Zellen auf der Stufe des Wabenformlings oder des getrockneten Wabenkörpers ausgeführt werden. In diesem Fall wird, nachdem der Brei in die Zellen des Wabenformlings eingebracht worden ist, der Wabenformling getrocknet, wobei im Schritt des Brennens des getrockneten Wabenkörpers der Schritt des Befestigens der Magnetkörper an dem Klebematerial gleichzeitig ausgeführt wird. Das Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid übt vorzugsweise die Wirkung aus, dass es durch Trocknen verfestigt wird.
(3) Fall, in dem der Magnetkörper eine Plattenform, eine Stabform, eine Ringform, eine Drahtform oder eine Faserform aufweist und in die Zellen gefüllt wird.
Zuerst wird ein Magnetkörper mit einer vorgegebenen Plattenform, Stabform, Drahtform oder Faserform unter Berücksichtigung der Querschnittsform der Zellen des getrockneten Wabenkörpers, der mit dem Magnetkörper gefüllt werden soll, und der Länge der Zellen hergestellt. Die Zellen werden dann mit den Magnetkörpern gefüllt, indem die Magnetkörper in die vorgegebenen Zellen des getrockneten Wabenkörpers von der Stirnfläche auf der stromaufwärts gelegenen Seite bis zu einer vorgegebenen Länge eingesetzt werden. Wenn der Magnetkörper ringförmig ist, wird die Stirnfläche auf der stromaufwärts gelegenen Seite des getrockneten Wabenkörpers bis zu einer vorgegebenen Tiefe eingeschnitten, um Nuten zu bilden, wobei die ringförmigen Magnetkörper in die Nuten eingesetzt werden. Alternativ wird ein roher Wabenformling mit Nuten vorbereitet und getrocknet, um einen getrockneten Wabenkörper herzustellen, wobei die ringförmigen Magnetkörper dann in die Nuten eingesetzt werden.
Nach dem Bereitstellen der Magnetkörper wird der Katalysator auf den vorgegebenen Zellen des getrockneten Wabenkörpers getragen. Das Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß dem Verfahren zum Tragen des Katalysators ausgeführt werden, das in dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen des Katalysatorträgers ausgeführt wird. Der Katalysatorträger gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann folglich hergestellt werden.
<Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung>
8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Katalysatorsystems 100 mit Induktionserwärmung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die zu einer Gasströmungsrichtung parallel ist. Das Katalysatorsystem 100 mit Induktionserwärmung weist den Katalysatorträger 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine um den äußerer Umfang des Katalysatorträgers 10 bereitgestellte Spule 19 auf.
Die Spule 19 umgibt spiralförmig den äußeren Umfang des Katalysatorträgers. Die Spule 19 kann an einer Position vorgesehen sein, die dem Bereich, der mit den Magnetkörpern versehen ist, in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers entspricht. In jedem der in den 3, 4 und 7 gezeigten Katalysatorträger ist z. B. die Spule 19 so angeordnet, dass sie nur dem Bereich, der mit den Magnetkörpern versehen ist, in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers entspricht. Dies kann zu einem verbesserten Erwärmungswirkungsgrad des Katalysatorträgers führen und kann ermöglichen, dass das Katalysatorsystem 100 mit Induktionserwärmung vereinfacht wird. Das Katalysatorsystem 100 mit Induktionserwärmung kann mit einem Metallrohr 23 zum Unterbringen des Katalysatorträgers 10 und der Spule 19 über ein anorganisches Mattenmaterial 22 versehen sein.
In dem Katalysatorsystem 100 mit Induktionserwärmung erzeugen die Magnetkörper in Reaktion auf eine Änderung des Magnetfelds, die dem durch die Spule fließenden Wechselstrom entspricht, Wärme, wobei die Wärme die Temperatur des Katalysatorträgers erhöht, wodurch die Temperatur des Katalysators erhöht wird und die katalytische Reaktion gefördert wird, wobei abhängig vom Typ des Katalysators Kohlenmonoxid (CO), Nitridoxide (NO_x) und Kohlenwasserstoffe (CH) zu Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) oxidiert oder reduziert werden. Eine derartige Funktion wird ausgeübt, um ein durch den Katalysatorträger strömendes Abgas zu reinigen. Wie oben beschrieben worden ist, weist der Katalysatorträger des Katalysatorsystems 100 mit Induktionserwärmung den Bereich A, in dem der Katalysator nicht getragen wird, wenigstens auf der Seite der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung auf. Die Stirnfläche des Katalysatorträgers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung ist ein Bereich mit niedrigerer Temperatur, in dem es schwierig ist, dass der Katalysator irgendeine ausreichende Aktivierungstemperatur erreicht. Deshalb kann unter Verwendung des Bereichs mit niedrigerer Temperatur als dem Bereich A, in dem der Katalysator nicht getragen wird, der Katalysator während der Induktionserwärmung effektiv ohne Verschwendung verwendet werden, wobei eine Menge des verwendeten Katalysators verringert werden kann, so dass die Herstellungskosten für das Katalysatorsystem 100 mit Induktionsheizung gesenkt werden.
BEISPIELE
Im Folgenden werden Beispiele bereitgestellt, um die Erfindung und ihre Vorteile besser zu veranschaulichen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele eingeschränkt.
<Beispiel 1>
9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des im Beispiel 1 hergestellten Katalysatorsystems mit Induktionserwärmung, die zur Gasströmungsrichtung parallel ist. In 9 repräsentiert „SCR“ einen selektiven Reduktionskatalysator, repräsentiert „DOC“ einen Oxidationskatalysator, repräsentiert „DPF“ einen Dieselpartikelfilter, bedeutet das „CC-“, dass sich ein Objekt direkt unter einer Kraftmaschine befindet, und repräsentiert „UF“ Unterflur.
Wie in 9 gezeigt ist, waren die Bedingungen zum Anordnen des Katalysatorträgers beim Ausführen der Simulation so, dass der CC-SCR 61 an einer Position angeordnet war, die in der Gasströmungsrichtung um 200 mm von einem Einlass des Metallrohrs 67 getrennt war, das ein Strömungsweg für ein Abgas aus einer Dieselkraftmaschine sein würde, der DOC62/DPF63 an einer Position angeordnet war, die um 400 mm vom CC-SCR 61 getrennt war, ein Mischer 64 an einer Position angeordnet war, die um 250 mm vom DPF 63 getrennt war, und der UF-SCR 65 an einer Position angeordnet war, die um 250 mm vom Mischer 64 getrennt war.
Der CC-SCR war gemäß Bedingungen vorhanden, bei denen 200 g/l des SCR-Katalysators in den Zellen eines Cordierit-Trägers (ein Durchmesser von 267 mm, eine Rippendicke von 0,076 mm, eine Zellendichte von 93 Zellen/cm) mit einer Länge von 152,4 mm in der Erstreckungsrichtung der Zellen getragen waren. Im Beispiel 1 war der Bereich, in dem der SCR-Katalysator bereitgestellt war, der Bereich 50 mm einwärts von der Stirnfläche des Cordierit-Trägers auf der Auslassseite in der Gasströmungsrichtung in der Zelle (der stromabwärts gelegene 50-mm-Bereich). Das heißt, der Bereich von der Stirnfläche des Cordierit-Trägers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung bis 102,4 mm war der Bereich A, in dem der Katalysator nicht getragen war. Der Bereich A ist die Position von der Stirnfläche auf der Einlassseite des Cordierit-Trägers bis 67 % der Länge des Cordierit-Trägers. Außerdem weist der CC-SCR gemäß Beispiel 1 Zellen auf, die von der Stirnfläche auf der Einlassseite bis zur Stirnfläche auf der Auslassseite in der Gasströmungsrichtung des Cordierit-Trägers mit den Magnetkörpern gefüllt sind. Für die Bedingungen für die Magnetkörper wurden Fe-Cr-Teilchen mit einem Durchmesser von 20 µm und Glas in einem Verhältnis von Fe-Cr-Teilchen: Glas = 8:2 auf einer Volumenbasis gemischt und wurden 100 g/l der Mischung angeordnet.
Unter Verwendung des Katalysatorsystems mit Induktionserwärmung, das eine derartige Struktur aufweist, wurden die NO_x-Emissionen während der anfänglichen 500 Sekunden (elektrische Leistung: 30 kW) der Betriebsart der US-Emissionsregulierung (FTP) als ein Beispiel der Anwendung einer Dieselkraftmaschine (10 I Hubraum) auf den CC-SCR unter Verwendung einer Analyse-Software: Exothermia Suite 2019.2, unter den folgenden Anfangsbedingungen, Energiezufuhrbedingungen und Abgaszufuhrbedingungen simuliert.
<Anfangsbedingungen>

- Temperatur der Wabenstruktur: 300 K;
- Anfängliche Ammoniak-Speichermenge: 0 g/l sowohl für den CC-SCR als auch den für UF-SCR;

<Energiezufuhrbedingungen>

- Dielektrisches Erwärmungsverfahren: eine Wärmemenge, die zu 30 kW dielektrischer Erwärmung äquivalent ist, wurde gleichmäßig auf den gesamten CC-SCR-Bereich angewendet;
- Energiezufuhrzeit: 500 Sekunden nach Beginn der FTP-Fahrbetriebsart;

<Abgaszufuhrbedingungen>

- NH₃-Konzentration: in 0 bis 500 Sekunden eingespeist, so dass sie das 1,5-fache der NO_x-Konzentration des Einlassgases war.

(Vergleichsbeispiel 1)
Im Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Simulation unter den gleichen Bedingungen wie jenen im Beispiel 1 ausgeführt, mit der Ausnahme, dass der Anordnungsbereich des CC-SCR-Katalysators über den gesamten Bereich von der Stirnfläche auf der Einlassseite bis zur Stirnfläche auf der Auslassseite in der Gasströmungsrichtung des Cordierit-Trägers vorgesehen war.
(Referenzbeispiel 1: Referenzwert)
Das Referenzbeispiel 1 wies die gleiche Konfiguration wie die des Vergleichsbeispiels 1 auf, mit der Ausnahme, dass kein Magnetkörper im CC-SCR angeordnet war, keine Spule um den CC-SCR vorgesehen war und keine Induktionserwärmung ausgeführt wurde. Die NO_x-Emission des Referenzbeispiels 1, das eine derartige Konfiguration aufwies, war als ein Referenzwert von 100 % definiert.

Tabelle 1 zeigt die obigen Testbedingungen und Simulationsergebnisse. Es sollte bemerkt werden, dass die NO_x-Emissionen (relativer Wert %) jedes des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 in Tabelle 1 einen relativen Wert bezüglich des Referenzwertes des Referenzbeispiels 1 zeigen, der 100 % beträgt. [Tabelle 1]

	Magnetkörperanordnung	Magnetkörpermenge (g)	Katalysatormenge (g)	Katalysatoranordnung	Elektrische Leistung × Zeit	NO_x-Emission
Referenzbeispiel 1	nein	nein	1702	SCR gesamter Bereich	nein	100 % Referenzwert
Vergleichsbeispiel 1	SCR gesamter Bereich	851	1702	SCR gesamter Bereich	30 kW × 500 s	51% relativer Wert
Beispiel 1	SCR gesamter Bereich	851	1702	SCR stromabwärts 50 mm	30 kW × 500 s	36% relativer Wert

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wird angenommen, dass im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel 1, in dem der Katalysator über den gesamten Bereich des CC-SCR bereitgestellt war, im Beispiel 1 der Katalysator nur in dem 50-mm-Bereich stromabwärts des CC-SCR bereitgestellt war, so dass die Adsorption von NH₃ auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung zufriedenstellend unterdrückt werden konnte und die Verschlechterung der Abgasreinigungsleistung unterdrückt werden konnte. Ferner wird angenommen, dass das Beispiel 1 den Katalysator in dem Bereich in der Nähe des Einlasses in der Gasströmungsrichtung des CC-SCR, in dem die Temperaturerhöhung unzureichend ist, nicht trägt, so dass der Katalysator während der Induktionserwärmung effektiv ohne Verschwendung verwendet werden kann.
(Beispiel 2)
Als Beispiel 2 wurde im Gegensatz zum Beispiel 1 ein Bereich in der Gasströmungsrichtung des Cordierit-Trägers des CC-SCR in zwei gleiche Abschnitte mit dem gleichen Abstand auf der stromaufwärts und der stromabwärts gelegenen Seite aufgeteilt, wobei die gleichen Magnetkörper und die gleiche Spule wie im Beispiel 1 nur auf der stromaufwärts gelegenen Seite vorgesehen waren und der Katalysator nur auf der stromabwärts gelegenen Seite getragen war.
Das heißt, der Cordierit-Träger gemäß Beispiel 2 ist der gleiche wie der Cordierit-Träger gemäß Beispiel 1, wobei die Länge jeder Zelle in der Erstreckungsrichtung 152,4 mm beträgt. Ferner beträgt die Länge des stromabwärts gelegenen Katalysatoranordnungsbereichs in der Erstreckungsrichtung der Zellen 76,2 mm. Der Bereich A, in dem die Magnetkörper angeordnet sind, in der Gasströmungsrichtung ist von der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung des Cordierit-Trägers bis zur Position von 50 % der Länge des Cordierit-Trägers angeordnet. Folglich gibt es im Cordierit-Träger des CC-SCR gemäß Beispiel 2 in der Gasströmungsrichtung keinen Abschnitt α, in dem der mit dem Katalysator versehene Bereich und der mit den Magnetkörpern versehene Bereich einander überlappen.
Außerdem betrug die elektrische Leistung für die Induktionserwärmung 10 kW. Die Simulation wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 ausgeführt, mit Ausnahme der obigen Punkte.
(Beispiel 3)
Im Beispiel 3 wurde eine Simulation unter den gleichen Bedingungen wie jenen des Beispiels 2 ausgeführt, mit der Ausnahme, dass in der Gasströmungsrichtung des Cordierit-Trägers des CC-SCR der mit den Magnetkörpern und der Spule versehene Bereich um 22,9 mm zum Katalysatoranordnungsbereich erweitert war und ein Abschnitt α, in dem der Katalysatoranordnungsbereich und der mit den Magnetkörpern versehene Bereich einander überlappten, 30 % des gesamten Katalysatoranordnungsbereichs betrug. In diesem Fall ist der Bereich A, in dem die Magnetkörper angeordnet sind, in der Gasströmungsrichtung von der Stirnfläche des Cordierit-Trägers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung bis zu einer Position von 65 % der Länge des Cordierit-Trägers angeordnet.
(Beispiel 4)
Im Beispiel 4 wurde eine Simulation unter den gleichen Bedingungen wie jenen des Beispiels 2 ausgeführt, mit der Ausnahme, dass in der Gasströmungsrichtung des Cordierit-Trägers des CC-SCR der mit den Magnetkörpern und der Spule versehene Bereich um 38,1 mm zum Katalysatoranordnungsbereich erweitert war und ein Abschnitt α, in dem der Katalysatoranordnungsbereich und der mit den Magnetkörpern versehene Bereich einander überlappen, 50 % des gesamten Katalysatoranordnungsbereichs betrug. In diesem Fall ist der Bereich A, in dem die Magnetkörper angeordnet sind, in der Gasströmungsrichtung von der Stirnfläche des Cordierit-Trägers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung bis zu einer Position von 75 % der Länge des Cordierit-Trägers angeordnet.
(Beispiel 5)
Im Beispiel 5 wurde eine Simulation unter den gleichen Bedingungen wie jenen des Beispiels 2 ausgeführt, mit der Ausnahme, dass in der Gasströmungsrichtung des Cordierit-Trägers des CC-SCR der mit den Magnetkörpern und der Spule versehene Bereich um 60,96 mm zum Katalysatoranordnungsbereich erweitert war und ein Abschnitt α, in dem der Katalysatoranordnungsbereich und der mit den Magnetkörpern versehene Bereich einander überlappen, 80 % des gesamten Katalysatoranordnungsbereichs betrug. In diesem Fall ist der Bereich A, in dem die Magnetkörper angeordnet sind, in der Gasströmungsrichtung von der Stirnfläche des Cordierit-Trägers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung bis zu einer Position von 90 % der Länge des Cordierit-Trägers angeordnet.

Tabelle 2 zeigt die obigen Testbedingungen und die Simulationsergebnisse. Die NO_x-Emissionen (relativer Wert %) jedes der Beispiele 2 bis 5 in Tabelle 2 zeigen einen relativen Wert bezüglich des Referenzwertes des Referenzbeispiels 1, der 100 % beträgt. [Tabelle 2]

	Beispiel 1 (α = 100)	Beispiel 2 (α = 0)	Beispiel 3 (α = 30 %)	Beispiel 4 (α = 50 %)	Beispiel 5 (α = 80 %)
NO_x-Emission	36 % relativer Wert	42 % relativer Wert	38 % relativer Wert	37 % relativer Wert	36,50 % relativer Wert

Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, wurde festgestellt, dass ein größerer Abschnitt α, in dem der mit dem Katalysator versehene Bereich und der mit den Magnetkörpern versehene Bereich einander überlappen, zu einer besseren Erwärmung des Katalysators führen konnte, so dass die Abgasreinigungsleistung verbessert werden konnte.
Bezugszeichenliste

10, 20, 30, 40, 50: Katalysatorträger
11, 21, 31, 41, 51: Wabenstruktur
12: Katalysator
13: Zelle
14: äußere Umfangswand
15: Trennwand
16: säulenförmiger Wabenstrukturabschnitt
17: Magnetkörper
18: Oberflächenschicht
19: Spule
22: anorganisches Mattenmaterial
23: Metallrohr
61: CC-SCR
62: DOC
63: DPF
64: Mischer
65: UF-SCR
66: anorganisches Mattenmaterial
67: Metallrohr
68: Spule
100: Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019188272 A [0005]

Claims

Katalysatorträger für Induktionserwärmung, der umfasst: eine Wabenstruktur, die einen säulenförmigen Wabenstrukturabschnitt umfasst, der aufweist: eine äußere Umfangswand; und eine Trennwand, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche auf einer Einlassseite zu einer Stirnfläche auf einer Auslassseite in einer Gasströmungsrichtung erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden; einen Katalysator, der auf einem Inneren der Trennwand getragen wird; und wenigstens einen Magnetkörper, der innerhalb der Wabenstruktur vorgesehen ist, wobei der Katalysatorträger wenigstens auf der Seite der Stirnfläche des Katalysatorträgers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung einen Bereich A, in dem der Katalysator nicht getragen wird, aufweist, und wobei der Magnetkörper wenigstens in dem Bereich A in der Gasströmungsrichtung angeordnet ist.
Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach Anspruch 1, wobei der Bereich A von der Stirnfläche auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers bis zu einer Position von 10 % bis 70 % der Länge des Katalysatorträgers angeordnet ist.
Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Katalysatorträger einen Abschnitt, in dem ein den Katalysator tragender Bereich und ein mit dem Magnetkörper versehener Bereich einander überlappen, in der Gasströmungsrichtung aufweist.
Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine den Magnetkörper umfassende Oberflächenschicht auf der Trennwand vorgesehen ist.
Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Magnetkörper in die Zellen der Wabenstruktur gefüllt ist und die mit dem Magnetkörper gefüllten Zellen sich von den Zellen unterscheiden, die den Katalysator tragen.
Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach Anspruch 5, wobei der Magnetkörper plattenförmig, stabförmig, drahtförmig oder faserförmig ist.
Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Magnetkörper ringförmig ist und der ringförmige Magnetkörper in wenigstens eine Nut eingebettet ist, die in der Stirnfläche des Katalysatorträgers auf der Einlassseite in der Gasströmungsrichtung vorgesehen ist.
Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Katalysator ein SCR-Katalysator ist.
Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Magnetkörper ein dispergiertes Magnetpulver umfasst.
Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung, das umfasst: den Katalysatorträger für Induktionserwärmung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und eine Spule, die am äußeren Umfang des Katalysatorträgers vorgesehen ist.
Katalysatorsystem mit Induktionserwärmung nach Anspruch 10, wobei die Spule an einer Position, die dem mit dem Magnetkörper versehenen Bereich entspricht, in der Gasströmungsrichtung des Katalysatorträgers vorgesehen ist.