JP2001162178A - 流体力学上最適化された触媒構造体 - Google Patents
流体力学上最適化された触媒構造体Info
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- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】触媒内部を通過する気体の流速が均一になるよ
うな形状を有する成形触媒構造体であって、従って、熱
応力も均一になるため触媒寿命も延びるような形状を有
する、成形触媒構造体を提供する。 【解決手段】本発明は、上流端面（３）、下流端面
（４）、および円周面（５）を有する成形触媒構造体で
あって、前記上流端面は円錐体形または截頭円錐体形の
突起（７）の側面（８）の形状に形成されており、前記
側面（８）が凹状の曲面部を少なくとも有する、成形触
媒構造体を提供する。
うな形状を有する成形触媒構造体であって、従って、熱
応力も均一になるため触媒寿命も延びるような形状を有
する、成形触媒構造体を提供する。 【解決手段】本発明は、上流端面（３）、下流端面
（４）、および円周面（５）を有する成形触媒構造体で
あって、前記上流端面は円錐体形または截頭円錐体形の
突起（７）の側面（８）の形状に形成されており、前記
側面（８）が凹状の曲面部を少なくとも有する、成形触
媒構造体を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、上流端面、下流端
面、および円周面を有する成形触媒構造体に関する。
面、および円周面を有する成形触媒構造体に関する。
【０００２】
【従来技術】排気から例えば窒素酸化物または芳香族炭
化水素のような環境上有害な物質を実質的に除去するこ
とを要求する法規制に適合させるために、自動車排気
は、触媒または触媒コンバーターを用い、自動車の排気
管中に配置した成形触媒構造体の中に排気を通すことに
より、洗浄しまたは浄化する。このような成形触媒構造
体は、典型的には、成形触媒構造体の軸に平行に配列し
た通路状構造部を多数有している。慣習的な触媒構造体
は、セラミック材料または金属のいずれかで形成されて
いる。金属自身が触媒である場合もあり、上記通路の隔
壁が触媒活性材料、通常は白金、バナジウム、コバル
ト、ニッケル、クロム等の金属、で被覆されている場合
もある。成形触媒構造体の配置の際は、該構造体を自動
車の排気管途中に設けられたハウジング内部に配置す
る。成形触媒構造体の運転の際は、該構造体の端面に向
かって排気を流す。この工程で、気流全体は通路状構造
部内を通過する多数の個々の気流に分かれ、成形触媒構
造体の下流側で再び合流する。分かれた個々の気流間の
交換は、少なくとも部分的には、また極端な場合には完
全に、気密性のある通路隔壁によって制限される。
化水素のような環境上有害な物質を実質的に除去するこ
とを要求する法規制に適合させるために、自動車排気
は、触媒または触媒コンバーターを用い、自動車の排気
管中に配置した成形触媒構造体の中に排気を通すことに
より、洗浄しまたは浄化する。このような成形触媒構造
体は、典型的には、成形触媒構造体の軸に平行に配列し
た通路状構造部を多数有している。慣習的な触媒構造体
は、セラミック材料または金属のいずれかで形成されて
いる。金属自身が触媒である場合もあり、上記通路の隔
壁が触媒活性材料、通常は白金、バナジウム、コバル
ト、ニッケル、クロム等の金属、で被覆されている場合
もある。成形触媒構造体の配置の際は、該構造体を自動
車の排気管途中に設けられたハウジング内部に配置す
る。成形触媒構造体の運転の際は、該構造体の端面に向
かって排気を流す。この工程で、気流全体は通路状構造
部内を通過する多数の個々の気流に分かれ、成形触媒構
造体の下流側で再び合流する。分かれた個々の気流間の
交換は、少なくとも部分的には、また極端な場合には完
全に、気密性のある通路隔壁によって制限される。
【０００３】成形触媒構造体の断面積は、一般的に、エ
ンジンから排出された気流が触媒の方に流れ込んでくる
のに通過する排気管の断面積より大きい。成形触媒構造
体を収容するハウジングは、ハウジングの排気導入口で
排気流の断面を顕著に広げ、ハウジングの排気導出口で
再び狭める。このため、成形触媒構造体の上流端面で
は、該構造体の横断面方向における圧力降下と同じオー
ダーの側圧勾配が生じ、従って、通路状構造部の中を通
過する排気の流速に関し、成形構造体の半径方向に分布
が生じる。従って、通路状構造部の中を通過する個々の
気流の流速が異なり、そのため流体力学的滞留時間も異
なる。自動車用排気触媒においては、セラミックのハニ
カムの中心部では一般に排気の流速が大きく、他方、周
辺部では排気はゆっくりハニカム中を通過する。この不
均一な分布が、排気の触媒浄化に関し、成形触媒構造体
の触媒効率が悪い原因となっている。従って、より良い
浄化性能を得るためには、成形構造体の方に向う気流を
より均一にすることが望まれる。この問題を解決するた
めにこれまで様々な提案がなされてきた。
ンジンから排出された気流が触媒の方に流れ込んでくる
のに通過する排気管の断面積より大きい。成形触媒構造
体を収容するハウジングは、ハウジングの排気導入口で
排気流の断面を顕著に広げ、ハウジングの排気導出口で
再び狭める。このため、成形触媒構造体の上流端面で
は、該構造体の横断面方向における圧力降下と同じオー
ダーの側圧勾配が生じ、従って、通路状構造部の中を通
過する排気の流速に関し、成形構造体の半径方向に分布
が生じる。従って、通路状構造部の中を通過する個々の
気流の流速が異なり、そのため流体力学的滞留時間も異
なる。自動車用排気触媒においては、セラミックのハニ
カムの中心部では一般に排気の流速が大きく、他方、周
辺部では排気はゆっくりハニカム中を通過する。この不
均一な分布が、排気の触媒浄化に関し、成形触媒構造体
の触媒効率が悪い原因となっている。従って、より良い
浄化性能を得るためには、成形構造体の方に向う気流を
より均一にすることが望まれる。この問題を解決するた
めにこれまで様々な提案がなされてきた。
【０００４】Ｔ．Ｈａｕｂｅｒ、Ｐ．Ｚａｃｋｅ、Ｊ．
ＢｒａｕｍおよびＤ．Ｕｅｂｅｒｓｃｈａｅｒは、Ｓｏ
ｃ．Ａｕｔｏｍｏｔ．Ｅｍｇ．Ｐａｐｅｒ＃９８０４２
４において、成形構造体の方に向う気流の均一性は、ハ
ウジングの排気導入口のじょうご型部と排気導出口のじ
ょうご型部を長くすることによって改良されうることを
報告した。しかしながら、このためには、ハニカム構造
体を市場で使用する際に、ハウジングの幾何学的な長さ
を長くする必要がありすぐに許容限界を超えてしまう、
という問題を生じる。
ＢｒａｕｍおよびＤ．Ｕｅｂｅｒｓｃｈａｅｒは、Ｓｏ
ｃ．Ａｕｔｏｍｏｔ．Ｅｍｇ．Ｐａｐｅｒ＃９８０４２
４において、成形構造体の方に向う気流の均一性は、ハ
ウジングの排気導入口のじょうご型部と排気導出口のじ
ょうご型部を長くすることによって改良されうることを
報告した。しかしながら、このためには、ハニカム構造
体を市場で使用する際に、ハウジングの幾何学的な長さ
を長くする必要がありすぐに許容限界を超えてしまう、
という問題を生じる。
【０００５】成形構造体の方に向う気流を最適化するた
めの代わりの方法として、ハウジングの排気導入口のじ
ょうご型部の内部に、気流を強制的に偏向させる技術部
品を付加的に取り付け、この部品によってハニカム構造
体の方に向う気流の均一性を改良する方法が提案されて
いる。
めの代わりの方法として、ハウジングの排気導入口のじ
ょうご型部の内部に、気流を強制的に偏向させる技術部
品を付加的に取り付け、この部品によってハニカム構造
体の方に向う気流の均一性を改良する方法が提案されて
いる。
【０００６】ＤＥ３６２７６３７Ａ１は、排気マフラー
ハウジングとその中に配置する触媒とを含む触媒排気マ
フラーを開示している。この文献では、触媒の上流端面
の上流側に複数の排気分配板を配置しており、入り口を
通って排気マフラーハウジング中に流れる排気は、この
分配板によって、触媒の通路内に均一の分配される。
ハウジングとその中に配置する触媒とを含む触媒排気マ
フラーを開示している。この文献では、触媒の上流端面
の上流側に複数の排気分配板を配置しており、入り口を
通って排気マフラーハウジング中に流れる排気は、この
分配板によって、触媒の通路内に均一の分配される。
【０００７】ＵＳ３９６４８７５は、ハウジングとその
中に配置される成形触媒構造体とを含む、自動車排気を
浄化するための触媒装置を開示している。この文献で
は、上流側のハウジングの排気導入口部に、進入してく
る排気に渦を与えて排気をハウジングの径外側方向に分
配する、風車型のデフレクターを配置している。この風
車型のデフレクターが成形触媒構造体の上流端面の方に
向うより均一な気流を提供するという。
中に配置される成形触媒構造体とを含む、自動車排気を
浄化するための触媒装置を開示している。この文献で
は、上流側のハウジングの排気導入口部に、進入してく
る排気に渦を与えて排気をハウジングの径外側方向に分
配する、風車型のデフレクターを配置している。この風
車型のデフレクターが成形触媒構造体の上流端面の方に
向うより均一な気流を提供するという。
【０００８】しかしながら、このような内部部品を付加
すると、触媒装置の熱容量が増加するという問題が生じ
る。内部部品の加熱のために、成形触媒構造体を触媒活
性な温度に加熱するために必要な熱までも排気の熱から
取り出される。このため、このような触媒装置におい
て、触媒のウォーミングアップ段階では浄化性能が顕著
に低下する。
すると、触媒装置の熱容量が増加するという問題が生じ
る。内部部品の加熱のために、成形触媒構造体を触媒活
性な温度に加熱するために必要な熱までも排気の熱から
取り出される。このため、このような触媒装置におい
て、触媒のウォーミングアップ段階では浄化性能が顕著
に低下する。
【０００９】このような内部部品には、機械的な安定性
が低いという別の問題もある。運転中の自動車の排気管
内にある内部部品は、音波の強力な変形力にさらされて
おり、従って機械的損傷を受けやすい。このような損傷
は、触媒そのもの、エンジンおよびエンジン部品の寿命
に逆効果を与える。
が低いという別の問題もある。運転中の自動車の排気管
内にある内部部品は、音波の強力な変形力にさらされて
おり、従って機械的損傷を受けやすい。このような損傷
は、触媒そのもの、エンジンおよびエンジン部品の寿命
に逆効果を与える。
【００１０】成形構造体自身の形状を改良するという提
案もなされてきた。成形構造体は、個々の通路状構造部
の中を流れる流体の流動抵抗が該構造体の半径方向に変
化するような形状に形成されるべきである。成形構造体
の側圧降下が生じる方向に流動抵抗を減少させれば、成
形構造体の断面全体において均一な流速が得られる。
案もなされてきた。成形構造体は、個々の通路状構造部
の中を流れる流体の流動抵抗が該構造体の半径方向に変
化するような形状に形成されるべきである。成形構造体
の側圧降下が生じる方向に流動抵抗を減少させれば、成
形構造体の断面全体において均一な流速が得られる。
【００１１】ＤＥ４３３９４４７Ａ１には、通路の密度
を変化させることにより流動抵抗を変化させることが提
案されている。この文献には、曲がったハニカム構造体
であって、該ハニカム構造体内部を構造体が曲がる方向
に沿って曲がって貫通している多数の貫通路を有するハ
ニカム構造体、が提案されている。貫通路の隣あう内壁
間のピッチは、湾曲方向の径内側方向から径外側方向に
行くに従い小さく設定されている。従って、径外側方向
の貫通路の断面積は径内側方向の貫通路の断面積より小
さくなる。その結果、より小さい断面積を有する径外側
方向の貫通路の流動抵抗は、より大きな断面積を有する
径内側方向の貫通路の流動抵抗より大きくなる。
を変化させることにより流動抵抗を変化させることが提
案されている。この文献には、曲がったハニカム構造体
であって、該ハニカム構造体内部を構造体が曲がる方向
に沿って曲がって貫通している多数の貫通路を有するハ
ニカム構造体、が提案されている。貫通路の隣あう内壁
間のピッチは、湾曲方向の径内側方向から径外側方向に
行くに従い小さく設定されている。従って、径外側方向
の貫通路の断面積は径内側方向の貫通路の断面積より小
さくなる。その結果、より小さい断面積を有する径外側
方向の貫通路の流動抵抗は、より大きな断面積を有する
径内側方向の貫通路の流動抵抗より大きくなる。
【００１２】同様の効果は、通路長を変化させることに
よっても達成することができる。すなわち、成形構造体
を、縦方向の長さが該構造体の円周面部より軸部の方が
長い形状にすることによって好適に達成できる。
よっても達成することができる。すなわち、成形構造体
を、縦方向の長さが該構造体の円周面部より軸部の方が
長い形状にすることによって好適に達成できる。
【００１３】ＤＥ２２０１８８１には、触媒用の貫通路
を有する一体型の担体構造体であって、気体流路の少な
くとも一方側に円錐体状またはピラミッド型の部位を有
している担体構造体が開示されている。上記担体構造体
の円錐体状またはピラミッド型の部位は上流側に配置さ
れるのが好適である。
を有する一体型の担体構造体であって、気体流路の少な
くとも一方側に円錐体状またはピラミッド型の部位を有
している担体構造体が開示されている。上記担体構造体
の円錐体状またはピラミッド型の部位は上流側に配置さ
れるのが好適である。
【００１４】類似の検討がＤＥ２４２８９６４でも行わ
れている。この文献には、ハウジングと、その中に配置
される縦方向に気流を通過させることができる成形触媒
構造体と、を備えた触媒装置が開示されている。上記成
形触媒構造体は、構造体の周辺域より縦軸方向に向うに
連れて長さが長くなっているが、これは気流の中心部に
配置される構造体部分（軸近辺）の流路を長くすること
により、相対的に大きな流動エネルギーを有する領域に
おける流動抵抗を増加させ、その結果、構造体内部の気
流が横断面全域でより均一になるようにしたものであ
る。
れている。この文献には、ハウジングと、その中に配置
される縦方向に気流を通過させることができる成形触媒
構造体と、を備えた触媒装置が開示されている。上記成
形触媒構造体は、構造体の周辺域より縦軸方向に向うに
連れて長さが長くなっているが、これは気流の中心部に
配置される構造体部分（軸近辺）の流路を長くすること
により、相対的に大きな流動エネルギーを有する領域に
おける流動抵抗を増加させ、その結果、構造体内部の気
流が横断面全域でより均一になるようにしたものであ
る。
【００１５】ＥＰ０８１８６１３は、同様に排気を浄化
する触媒装置を開示している。この装置は、両端に円錐
台形のテーパーを有する管状ハウジングを備えている。
該ハウジングには、凸状の形態の上流端面を有する成形
触媒構造体が収容されている。凸状の形態の上流端面に
より、ハウジングの円錐台形部の影響も加わって、横断
面の流速がより均一な分布になるという。
する触媒装置を開示している。この装置は、両端に円錐
台形のテーパーを有する管状ハウジングを備えている。
該ハウジングには、凸状の形態の上流端面を有する成形
触媒構造体が収容されている。凸状の形態の上流端面に
より、ハウジングの円錐台形部の影響も加わって、横断
面の流速がより均一な分布になるという。
【００１６】ＤＥ１９７４９３７９は、層状の触媒担体
構造体であって、層状マトリックスの各層からの熱放射
を改善した担体構造体を開示している。熱放射の改善の
ため、上記触媒担体構造体は下流側に突起を有してい
る。この突起は種々の形状を採り得る。突起を円錐体形
または截頭円錐体形にするか、または、突起をマトリッ
クスの周辺部から内部に向かうにつれ凸状になる湾曲部
を少なくとも部分的に有するような形状に成形すること
が提案されている。突起を有する形状にすると、熱放射
のために利用できる面積、従って、排出される排気流へ
の熱移動に利用できる面積、が大きくなる。
構造体であって、層状マトリックスの各層からの熱放射
を改善した担体構造体を開示している。熱放射の改善の
ため、上記触媒担体構造体は下流側に突起を有してい
る。この突起は種々の形状を採り得る。突起を円錐体形
または截頭円錐体形にするか、または、突起をマトリッ
クスの周辺部から内部に向かうにつれ凸状になる湾曲部
を少なくとも部分的に有するような形状に成形すること
が提案されている。突起を有する形状にすると、熱放射
のために利用できる面積、従って、排出される排気流へ
の熱移動に利用できる面積、が大きくなる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】成形触媒構造体の上流
端面を上に示す先行技術の形状にすると、構造体横断面
の気流の流動曲線は著しく均一な曲線に近づくものの、
全く均一な速度分布はいまだ達成されていない。
端面を上に示す先行技術の形状にすると、構造体横断面
の気流の流動曲線は著しく均一な曲線に近づくものの、
全く均一な速度分布はいまだ達成されていない。
【００１８】そこで、本発明の目的は、近づいてくる気
流の均一性をより高めることができる成形触媒構造体を
提供することである。
流の均一性をより高めることができる成形触媒構造体を
提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的
は、上流端面、下流端面、および円周面を有する成形触
媒構造体であって、前記上流端面は円錐体形または截頭
円錐体形の突起の側面の形状に形成されており、前記側
面が凹状の曲面部を少なくとも有することを特徴とする
成形触媒構造体、により達成されることを発見した。
は、上流端面、下流端面、および円周面を有する成形触
媒構造体であって、前記上流端面は円錐体形または截頭
円錐体形の突起の側面の形状に形成されており、前記側
面が凹状の曲面部を少なくとも有することを特徴とする
成形触媒構造体、により達成されることを発見した。
【００２０】上流端面を、円錐体形または截頭円錐体形
の突起の側面であって、少なくとも部分的に凹状に湾曲
させた側面の形状、に形成することにより、上流端面に
関する先行技術の形状と比較して十分に均一な流動分布
が得られる。構造体内部を通過する気流が均一であるた
め、本発明の成形触媒構造体は触媒効率がより高く、ま
た、特に速い空間速度を経験する領域で起こる触媒の早
すぎる失活がこの場合は全くまたは少なくとも事実上起
こらないため、より長寿命にもなる。
の突起の側面であって、少なくとも部分的に凹状に湾曲
させた側面の形状、に形成することにより、上流端面に
関する先行技術の形状と比較して十分に均一な流動分布
が得られる。構造体内部を通過する気流が均一であるた
め、本発明の成形触媒構造体は触媒効率がより高く、ま
た、特に速い空間速度を経験する領域で起こる触媒の早
すぎる失活がこの場合は全くまたは少なくとも事実上起
こらないため、より長寿命にもなる。
【００２１】上流端面は、成形触媒構造体の円周部から
軸方向に向って、構造体内を通過する流れの方向に湾曲
させる。突起の先端は尖鋭であるのが理想的である。し
かしながら、先端領域には大きな機械的応力がかかるた
め、尖鋭先端部を保護具で覆っても良い。このときは、
突起は截頭円錐体形を採ることになる。截頭円錐体の上
流側部分は角を落としても良い。この場合は、上記側面
の一部が凸状の曲面部を有することになる。
軸方向に向って、構造体内を通過する流れの方向に湾曲
させる。突起の先端は尖鋭であるのが理想的である。し
かしながら、先端領域には大きな機械的応力がかかるた
め、尖鋭先端部を保護具で覆っても良い。このときは、
突起は截頭円錐体形を採ることになる。截頭円錐体の上
流側部分は角を落としても良い。この場合は、上記側面
の一部が凸状の曲面部を有することになる。
【００２２】製造の容易性を考慮すると、曲面部は（成
形触媒構造体の縦断面図を考えた場合に）直線部分の集
合として構成した方が良く、この場合２つの隣り合う直
線部分が所定の角度を持つことになる。同様に、触媒構
造体を巻きつけて形成し、上流端面が階段状になってい
ても良い。この場合には、側面の包絡面が凹状の曲面部
を有することになる。しかしながら、流動の均一性の点
では、上流端面の曲面が緩やかな場合に、特に良好な結
果が得られる。
形触媒構造体の縦断面図を考えた場合に）直線部分の集
合として構成した方が良く、この場合２つの隣り合う直
線部分が所定の角度を持つことになる。同様に、触媒構
造体を巻きつけて形成し、上流端面が階段状になってい
ても良い。この場合には、側面の包絡面が凹状の曲面部
を有することになる。しかしながら、流動の均一性の点
では、上流端面の曲面が緩やかな場合に、特に良好な結
果が得られる。
【００２３】一般的には、上流端面を本発明のような曲
面部を有するように形成すれば十分である。この場合、
成形触媒構造体の下流端面は平面であってよい。こうす
ると成形触媒構造体を製造する際の費用を低減すること
ができる。
面部を有するように形成すれば十分である。この場合、
成形触媒構造体の下流端面は平面であってよい。こうす
ると成形触媒構造体を製造する際の費用を低減すること
ができる。
【００２４】しかしながら、成形触媒構造体の下流端面
は曲面にしても良い。このようにすると、成形触媒構造
体の横断面における均一な流動曲線をより綿密に調整す
ることができる。
は曲面にしても良い。このようにすると、成形触媒構造
体の横断面における均一な流動曲線をより綿密に調整す
ることができる。
【００２５】一般的には、成形触媒構造体はモノリスと
して形成する。
して形成する。
【００２６】しかしながら、成形触媒構造体は、所定の
構造のシート状材料を多数積層して構成しても良い。
構造のシート状材料を多数積層して構成しても良い。
【００２７】成形触媒構造体は触媒活性材料で形成して
も良く、例えば金属触媒の形態で構成しても良い。
も良く、例えば金属触媒の形態で構成しても良い。
【００２８】別の形態では、成形触媒構造体全体に該構
造体の縦方向の軸に平行な方向に延びる通路を設け、該
通路の隔壁を好ましくは触媒活性材料で被覆しても良
い。
造体の縦方向の軸に平行な方向に延びる通路を設け、該
通路の隔壁を好ましくは触媒活性材料で被覆しても良
い。
【００２９】成形触媒構造体の横断面の流動曲線は、こ
の成形触媒構造体を、両端が円錐台状部である、管状部
を有するハウジング内、に収容することにより一層改良
することができる。円錐台状部はエンジンからつながる
径の小さい排気管とハウジングの管状部との間の移行部
分である。円錐台状部の傾斜は、成形触媒構造体の横断
面の流動曲線を最適化するために調整することができ
る。より詳細にいうと、触媒ハウジングの上流側および
下流側の円錐台状部は、異なる傾斜を有していても良
い。
の成形触媒構造体を、両端が円錐台状部である、管状部
を有するハウジング内、に収容することにより一層改良
することができる。円錐台状部はエンジンからつながる
径の小さい排気管とハウジングの管状部との間の移行部
分である。円錐台状部の傾斜は、成形触媒構造体の横断
面の流動曲線を最適化するために調整することができ
る。より詳細にいうと、触媒ハウジングの上流側および
下流側の円錐台状部は、異なる傾斜を有していても良
い。
【００３０】本発明の成形触媒構造体は、物質流、中で
も内燃機関からの排気流、を浄化するのに特に有用であ
る。
も内燃機関からの排気流、を浄化するのに特に有用であ
る。
【００３１】
【発明の実施の形態】本発明の成形触媒構造体につい
て、以下の図を参照してより詳細に説明する。図中で同
一の符号は同一の対象部を示している。
て、以下の図を参照してより詳細に説明する。図中で同
一の符号は同一の対象部を示している。
【００３２】図１は、本発明の実施の形態の成形触媒構
造体１の縦断面図を示している。排気は成形触媒構造体
１の内部を矢印２の方向に流れる。構造体１は上流端面
３、下流端面４および円周面５を有している。成形触媒
構造体１の全体に、成形触媒構造体１の縦方向の軸６と
平行な方向に延びる通路（図示せず。）が設けられてい
てもよい。成形触媒構造体１の上流端面３は凹状の曲面
部を有しているが、断面図では成形触媒構造体１の軸６
と円周面５との間をつなぐ線で表されている。従って、
成形触媒構造体１は、その上流側に円錐体７の形状の部
分を有しており、その側面８は凹状の曲面部を有してい
る。図に示した形態では、円錐体７は尖鋭先端部９を有
している。この尖鋭先端部９には、触媒運転時に大きな
機械的応力がかかる。それゆえ、機械的安定性が増すよ
うに、円錐体７を截頭円錐体として形成しても良く、ま
た尖鋭先端部９の先端を丸くしても良い。先端を丸くし
た形態は、図中に破線１５で示してある。成形触媒構造
体１の下流端面４は、図の形態では平面である。成形触
媒構造体１はセラミック材料で形成してもよく、金属触
媒として形成しても良い。
造体１の縦断面図を示している。排気は成形触媒構造体
１の内部を矢印２の方向に流れる。構造体１は上流端面
３、下流端面４および円周面５を有している。成形触媒
構造体１の全体に、成形触媒構造体１の縦方向の軸６と
平行な方向に延びる通路（図示せず。）が設けられてい
てもよい。成形触媒構造体１の上流端面３は凹状の曲面
部を有しているが、断面図では成形触媒構造体１の軸６
と円周面５との間をつなぐ線で表されている。従って、
成形触媒構造体１は、その上流側に円錐体７の形状の部
分を有しており、その側面８は凹状の曲面部を有してい
る。図に示した形態では、円錐体７は尖鋭先端部９を有
している。この尖鋭先端部９には、触媒運転時に大きな
機械的応力がかかる。それゆえ、機械的安定性が増すよ
うに、円錐体７を截頭円錐体として形成しても良く、ま
た尖鋭先端部９の先端を丸くしても良い。先端を丸くし
た形態は、図中に破線１５で示してある。成形触媒構造
体１の下流端面４は、図の形態では平面である。成形触
媒構造体１はセラミック材料で形成してもよく、金属触
媒として形成しても良い。
【００３３】成形触媒構造体１は、例えばステンレス鋼
で形成したハウジング１０の中に配置される。ハウジン
グ１０は、成形触媒構造体１の最大外径と等しい内径の
管状部１１を含み、従って、近づいてくる排気が成形触
媒構造体１の内部を必ず流れるようになっている。管状
部１１の両端は円錐台状部１２ａ、１２ｂに隣接してい
る。この円錐台状部１２ａ、１２ｂはそれぞれ、排気導
入管および排気導出管１３ａ、１３ｂの直径を成形触媒
構造体１の直径まで拡張しそして減縮する。上流側の円
錐台状部の傾斜は、下流側の円錐台状部の傾斜より必ず
大きくなっている（図参照）。成形触媒構造体１はハウ
ジング１０の中に、成形触媒構造体１の円錐体７がハウ
ジング１０の円錐台状部１２ａの内部まで突き出るよう
に配置する。
で形成したハウジング１０の中に配置される。ハウジン
グ１０は、成形触媒構造体１の最大外径と等しい内径の
管状部１１を含み、従って、近づいてくる排気が成形触
媒構造体１の内部を必ず流れるようになっている。管状
部１１の両端は円錐台状部１２ａ、１２ｂに隣接してい
る。この円錐台状部１２ａ、１２ｂはそれぞれ、排気導
入管および排気導出管１３ａ、１３ｂの直径を成形触媒
構造体１の直径まで拡張しそして減縮する。上流側の円
錐台状部の傾斜は、下流側の円錐台状部の傾斜より必ず
大きくなっている（図参照）。成形触媒構造体１はハウ
ジング１０の中に、成形触媒構造体１の円錐体７がハウ
ジング１０の円錐台状部１２ａの内部まで突き出るよう
に配置する。
【００３４】図２は、ハウジング１０の中に配置された
種々の形状の成形触媒構造体１の縦断面図を示してい
る。それぞれ、簡単のために触媒装置の上半分のみを図
示してある。図は概略図であり、各部分の長さは実際の
形態のものとは異なる。図の各成形触媒構造体の横断面
は円形である。これらは、上流端面および下流端面の形
状の点で異なる。より詳細にいうと、図２ａ〜２ｃの成
形触媒構造体は先行技術の形態に相当する。図２ｄは本
発明の成形触媒構造体の形態を示している。図２ｅは、
本発明の成形触媒構造体の上流端面の側面における特別
の形態を示している。
種々の形状の成形触媒構造体１の縦断面図を示してい
る。それぞれ、簡単のために触媒装置の上半分のみを図
示してある。図は概略図であり、各部分の長さは実際の
形態のものとは異なる。図の各成形触媒構造体の横断面
は円形である。これらは、上流端面および下流端面の形
状の点で異なる。より詳細にいうと、図２ａ〜２ｃの成
形触媒構造体は先行技術の形態に相当する。図２ｄは本
発明の成形触媒構造体の形態を示している。図２ｅは、
本発明の成形触媒構造体の上流端面の側面における特別
の形態を示している。
【００３５】図２ａは、上流側も下流側も平坦な端面を
有する成形触媒構造体を示している。図２ｂは、上流端
面が円錐体形ではあるが、円錐体の側面が曲面部を有し
ていない成形触媒構造体を示している。下流端面は平坦
である。図２ｃは上流端面および下流端面の双方が円錐
体の側面の形状に形成されている成形触媒構造体を示し
ている。この場合も側面は曲面部を有していない。図２
ｄは本発明の成形触媒構造体の形態に対応している。本
形態は上流端面は円錐体の側面の形状に形成されてお
り、側面は成形触媒構造体の縦軸の方向にくぼんだ凹状
の曲面部を有している。
有する成形触媒構造体を示している。図２ｂは、上流端
面が円錐体形ではあるが、円錐体の側面が曲面部を有し
ていない成形触媒構造体を示している。下流端面は平坦
である。図２ｃは上流端面および下流端面の双方が円錐
体の側面の形状に形成されている成形触媒構造体を示し
ている。この場合も側面は曲面部を有していない。図２
ｄは本発明の成形触媒構造体の形態に対応している。本
形態は上流端面は円錐体の側面の形状に形成されてお
り、側面は成形触媒構造体の縦軸の方向にくぼんだ凹状
の曲面部を有している。
【００３６】活性銅スピネル材料から形成したモノリス
型のハニカム構造体をそれぞれ製造しハウジング中に配
置して、流動曲線を調査した。製造された成形構造体の
縦断面は図２ａ〜２ｄと一致している。モノリスの最大
直径はそれぞれ１３．２ｃｍであった。縦方向の長さは
図２ａの形態の場合には１５．２ｃｍであった。図２ｂ
〜２ｄの形態の場合は一定の直径を有する部分の縦方向
の長さを図２ａの形態における縦方向の長さと一致させ
た。４つのモノリス構造体２ａ〜２ｄの全てにおいて、
同じ横断面サイズの正方形の縦方向に延びる通路を同じ
数だけ設けた（４００ｃｐｓｉ；７．２ｍｉｌ）。モノ
リスはそれぞれ同一のハウジング中に配置し、試験装置
を用いて試験した。試験のため、試験されるモノリスに
は、空間速度が９００００ｈ-1になるように気流を経験
させた。使用した試験ガスは大気であった。気流の温度
は典型的な排気温度である４５０℃であった。流速は、
それぞれ下流側で測定した。
型のハニカム構造体をそれぞれ製造しハウジング中に配
置して、流動曲線を調査した。製造された成形構造体の
縦断面は図２ａ〜２ｄと一致している。モノリスの最大
直径はそれぞれ１３．２ｃｍであった。縦方向の長さは
図２ａの形態の場合には１５．２ｃｍであった。図２ｂ
〜２ｄの形態の場合は一定の直径を有する部分の縦方向
の長さを図２ａの形態における縦方向の長さと一致させ
た。４つのモノリス構造体２ａ〜２ｄの全てにおいて、
同じ横断面サイズの正方形の縦方向に延びる通路を同じ
数だけ設けた（４００ｃｐｓｉ；７．２ｍｉｌ）。モノ
リスはそれぞれ同一のハウジング中に配置し、試験装置
を用いて試験した。試験のため、試験されるモノリスに
は、空間速度が９００００ｈ-1になるように気流を経験
させた。使用した試験ガスは大気であった。気流の温度
は典型的な排気温度である４５０℃であった。流速は、
それぞれ下流側で測定した。
【００３７】測定の結果を図３に示した。規格化した見
かけ速度（ｙ）を半径（ｘ）に対してプロットした。見
かけ速度は、以下のようにして規格化した。
かけ速度（ｙ）を半径（ｘ）に対してプロットした。見
かけ速度は、以下のようにして規格化した。
【００３８】
【数１】
【００３９】図の結果より、本発明の成形触媒構造体
（２ｄ）は、先行技術の形態を有する構造体（２ａ〜２
ｃ）と比較して、半径方向の流速分布においてより均一
な分布を提供することが明らかである。
（２ｄ）は、先行技術の形態を有する構造体（２ａ〜２
ｃ）と比較して、半径方向の流速分布においてより均一
な分布を提供することが明らかである。
【００４０】図２ｅは、例えば巻きつけて形成した触媒
の上流端面の形態を概略的に示した図である。個々のコ
イルはそれぞれ上流端面で段状部１６を形成する。この
段状部１６は、断面図では破線１７で示した段状部１６
の包絡面が凹状の曲面部を有するように形成される。
の上流端面の形態を概略的に示した図である。個々のコ
イルはそれぞれ上流端面で段状部１６を形成する。この
段状部１６は、断面図では破線１７で示した段状部１６
の包絡面が凹状の曲面部を有するように形成される。
【００４１】図４は、様々な成形触媒構造体用ハウジン
グの縦断面を概略的に示した図である。図４ａ、４ｂお
よび４ｄにおいて、排気導入管の縦方向の軸１４は成形
触媒構造体の縦方向の軸６と一致している。これらの場
合、本発明によると、上流端面が対称な円錐体または截
頭円錐体の側面の形状に形成される。図４ｃの場合は、
排気導入管の縦方向の軸１４は成形触媒構造体６と一致
していない。この場合、本発明によると、上流端面が非
対称な円錐体または截頭円錐体の側面の形状に形成され
る。
グの縦断面を概略的に示した図である。図４ａ、４ｂお
よび４ｄにおいて、排気導入管の縦方向の軸１４は成形
触媒構造体の縦方向の軸６と一致している。これらの場
合、本発明によると、上流端面が対称な円錐体または截
頭円錐体の側面の形状に形成される。図４ｃの場合は、
排気導入管の縦方向の軸１４は成形触媒構造体６と一致
していない。この場合、本発明によると、上流端面が非
対称な円錐体または截頭円錐体の側面の形状に形成され
る。
【図１】図１は、触媒ハウジングの中に配置された、本
発明の実施の形態の成形触媒構造体の縦断面図である。
発明の実施の形態の成形触媒構造体の縦断面図である。
【図２】図２ａ−ｅは、触媒ハウジングの中に配置され
た様々な形状の成形触媒構造体の縦断面図である。
た様々な形状の成形触媒構造体の縦断面図である。
【図３】図３は、図２ａ−ｅに示した形状の成形触媒構
造体に関して、触媒の縦方向の軸からの半径距離（ｘ）
と触媒内の気体の流速（ｙ）との関係をプロットした図
である。
造体に関して、触媒の縦方向の軸からの半径距離（ｘ）
と触媒内の気体の流速（ｙ）との関係をプロットした図
である。
【図４】図４ａ−ｄは、様々な慣例的な形状の触媒ハウ
ジングの断面図である。
ジングの断面図である。
１ 成形触媒構造体 ３ 上流端面 ４ 下流端面 ５ 円周面 ７ 円錐体形または截頭円錐体形の突起 ８ 突起の側面 １０ ハウジング １１ 管状部 １２ 円錐台状部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢＣ
Claims (12)
- 【請求項１】上流端面（３）、下流端面（４）、および
円周面（５）を有する成形触媒構造体であって、前記上
流端面は円錐体形または截頭円錐体形の突起（７）の側
面（８）の形状に形成されており、前記側面（８）が凹
状の曲面部を少なくとも有することを特徴とする、成形
触媒構造体。 - 【請求項２】前記側面（８）が凸状の曲面部をさらに有
することを特徴とする、請求項１に記載の成形触媒構造
体。 - 【請求項３】前記上流端面（３）が滑らかな曲面部を有
することを特徴とする、請求項１または２のいずれかに
記載の成形触媒構造体。 - 【請求項４】前記下流端面（４）が平面であることを特
徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の成形触媒構
造体。 - 【請求項５】前記下流端面（４）が曲面であることを特
徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の成形触媒構
造体。 - 【請求項６】モノリスとして形成されていることを特徴
とする、請求項１〜５のいずれかに記載の成形触媒構造
体。 - 【請求項７】所定の構造のシート状材料を多数積層して
構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいず
れかに記載の成形触媒構造体。 - 【請求項８】触媒活性材料で形成されていることを特徴
とする、請求項１〜７のいずれかに記載の成形触媒構造
体。 - 【請求項９】成形触媒構造体全体に該構造体の縦方向の
軸（６）に平行な方向に延びる通路が設けられており、
該通路の隔壁が好ましくは触媒活性材料で被覆されてい
ることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の
成形触媒構造体。 - 【請求項１０】両端が円錐台状部（１２ａ、１２ｂ）で
ある、管状部（１１）を有するハウジング（１０）の内
部に収容されていることを特徴とする、請求項１〜９の
いずれかに記載の成形触媒構造体。 - 【請求項１１】前記円錐体形または截頭円錐体形の突起
（７）の側面（８）の少なくとも一部が、前記ハウジン
グ（１０）の円錐台状部（１２ａ、１２ｂ）の一方の内
部に配置されていることを特徴とする、請求項１０に記
載の成形触媒構造体。 - 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかに記載の成形
触媒構造体を、物質流、特に内燃機関からの排気流、を
浄化するために使用する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19949568.8 | 1999-10-14 | ||
| DE19949568A DE19949568A1 (de) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | Hydrodynamisch optimierter katalytischer Formkörper |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001162178A true JP2001162178A (ja) | 2001-06-19 |
Family
ID=7925652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000312998A Withdrawn JP2001162178A (ja) | 1999-10-14 | 2000-10-13 | 流体力学上最適化された触媒構造体 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1092846B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001162178A (ja) |
| AT (1) | ATE292745T1 (ja) |
| DE (2) | DE19949568A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US20020076365A1 (en) * | 2000-12-14 | 2002-06-20 | Detroit Diesel Corporation | Emission control catalyst assembly for an engine of a motor vehicle |
| FR2876145A1 (fr) * | 2004-10-05 | 2006-04-07 | Renault Sas | Dispositif de depollution de gaz d'echappement, et vehicule automobile equipe d'un tel dispositif |
| DE102005042057A1 (de) * | 2005-09-05 | 2007-03-08 | Robert Bosch Gmbh | Filterelement mit verbesserter Rußverteilung |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2201881A1 (de) * | 1972-01-15 | 1973-07-19 | Volkswagenwerk Ag | Aus einem stueck bestehender traegerkoerper fuer katalysatoren |
| US3910850A (en) * | 1973-12-19 | 1975-10-07 | Grace W R & Co | Contoured monolithic substrate |
| DE2364425A1 (de) * | 1973-12-22 | 1975-07-10 | Boysen Friedrich Kg | Katalysator, insbesondere fuer auspuffund entgiftungsanlagen |
| DE2428964A1 (de) | 1974-06-15 | 1976-01-02 | Bosch Gmbh Robert | Abgasreaktor, insbesondere fuer brennkraftmaschinen |
| US3964875A (en) | 1974-12-09 | 1976-06-22 | Corning Glass Works | Swirl exhaust gas flow distribution for catalytic conversion |
| JPS62152014U (ja) | 1986-03-18 | 1987-09-26 | ||
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