JP2006150194A

JP2006150194A - 金属製触媒担体

Info

Publication number: JP2006150194A
Application number: JP2004342763A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanabe; 博田辺
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】排気ガス浄化性能を最大限に高めることができる金属製触媒担体の提供。
【解決手段】薄板の波板１１と平板１２を交互に多重に重ねて各波板１１と平板１２との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、波板１１と平板１２多数のスリット孔１１ａ、１２ａが形成され、波板１１と平板１２の表面に触媒成分を混入したスラリーがコーティングされた金属製触媒担体であって、多数のスリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる排気ガス流入側と対面する開口縁部の長さの合計が、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部の長さの合計の１〜３倍になるように設定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関等の排気系に装着するスリット構造の金属製触媒担体に関する。

従来の金属製触媒担体として、金属製薄板の波板（大波板）と平板（または小波板）を交互に重ねて多重に巻回して波板と平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成されると共に、前記波板と平板のうち少なくともいずれか一方に所定間隔のもとに多数のスリット孔を形成することにより、セル通路内を通過する排気ガスに対し乱流を積極的に起こさせて排気ガスが波板と平板の表面にコーティングされた触媒に接触する機会をできるだけ増やし、これにより、排気ガス浄化性能を向上させるようにした構造のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

そして、一本のセル通路内を流れる排気ガスは、図５の触媒反応プロセス説明図に示すように、入口からその担体壁１０１に沿って流れの境界層１０３が形成され、担体壁１０１の表面にコーティングされている触媒層１０２への反応物質の拡散が阻害される。そこで、排気ガス浄化性能を改善する手段として、物質移動を改善したのが図６（排気ガス流れイメージ図）に示すスリット構造である。スリット孔１０４により形成されるリーディングエッジは、図７（イ）に示すように、セル通路内にできた境界層１０３を途中で寸断し、エッジ先端では境界層１０３が薄くなって触媒層１０２への物質移動を活発化させ、その結果、図７（ロ）に示すように、反応物質移動率が各スリット孔１０４のリーディングエッジ部において最も高くなり、従って、上述のように、多数のスリット孔１０４を形成してリーディングエッジを増やすことにより、平均移動率が高くなり、これにより、全体として排気ガス浄化性能を向上させることができる。

特開２００２−１４３６９３号公報（第２頁、図４−６）

しかしながら、従来例では、上述のように、多数のスリット孔を形成してリーディングエッジを増やすことにより、平均移動率が高くなり、これにより、全体として排気ガス浄化性能を向上させ得ることは理論上明らかであるが、スリット孔によるリーディングエッジの長さ合計と排気ガス浄化性能（浄化率）との関係、即ち、排気ガス浄化性能を最大限に高めるためにはスリット孔の形成個数（リーディングエッジの長さ合計）を如何ほどに設定すればよいかという点については、いまだ解明されてはいなかった。

本発明の解決しようとする課題は、排気ガス浄化性能を最大限に高めることができる金属製触媒担体を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の金属製触媒担体は、薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板に多数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーがコーティングされた金属製触媒担体であって、前記各スリット孔における排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる排気ガス流入側と対面する開口縁部の長さの合計が、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部の長さの合計の１〜３倍になるように設定されていることを特徴とする手段とした。

請求項１記載の金属製触媒担体では、上述のように、前記各スリット孔における排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる排気ガス流入側と対面する開口縁部の長さの合計が、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部の長さの合計の１〜３倍になるように設定することにより、反応物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）の浄化率が高くなることが実験結果により明らかになり、これにより、排気ガス浄化性能を最大限に高めることができるようになるという効果が得られる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例の金属製触媒担体および金属製触媒担体は、請求項１に記載の発明に対応する。
まず、この実施例の金属製触媒担体を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例の金属製触媒担体が適用される金属製触媒担体を示す斜視図、図２は波板と平板を重ねて巻回する途中の状態を示す斜視図である。

この実施例の金属製触媒担体１は、３０μｍの金属製薄板の波板（大波板）１１と平板（小波板または平板）１２を交互に重ね、平板１２を外側にして多重に巻回したハニカム状に形成されたもので、このハニカム通路（セル通路）表面には、アルミナ等からなる触媒担持体層が形成され、この触媒担体層に触媒成分が担持されることにより、排ガス浄化触媒とされ、内燃機関の排気経路に配置されることにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等（反応物質）を触媒反応で浄化させ、生成物質（Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、Ｎ_２）として排出させる働きをする。

前記波板１１には波状に成形する前に予め所定間隔のもとに所定長さにて多数のスリット孔１１ａが形成される一方、前記平板１２にも所定間隔のもとに多数のスリット孔１２ａが形成されている。

即ち、金属製触媒担体１において、排気ガス浄化性能を向上させるためには、ハニカム通路（セル通路）内を通過する排気ガスに対し乱流を積極的に起こさせて、排気ガスが触媒に接触する機会をできるだけ増やすことが有効であり、このため、波板１１および平板１２にセル通路に対し直行する方向に長い多数のスリット孔１１ａ、１２ａを開けて波板１１と平板１２で仕切られたセル通路相互間の流通を可能とし、ハニカム通路内における排気ガスの流れを幅方向により多く乱流化させることにより、排気ガス浄化性能を向上させるようになっている。

また、スリット孔１１ａ、１２ａの開口縁部で形成されるリーディングエッジは、従来例の図７（イ）に示すように、セル通路内にできた境界層を途中で寸断し、エッジ先端では境界層１０３が薄くなって触媒層１０２への物質移動を活発化させ、その結果、図７（ロ）に示すように、反応物質移動率が各スリット孔１１ａ、１２ａ（１０４）のリーディングエッジ部において最も高くなり、従って、上述のように、多数のスリット孔１１ａ、１２ａを形成してリーディングエッジを増やすことにより、全体として排気ガス浄化性能を向上させることができる。

ところが、前記スリット孔１１ａ、１２ａによるリーディングエッジの長さ合計と排気ガス浄化性能（浄化率）との関係、即ち、排気ガス浄化性能を最大限に高めるためにはスリット孔１１ａ、１２ａの形成個数（リーディングエッジの長さ合計）を如何ほどに設定すればよいかという点については、いまだ解明されてはいなかった。

そこで、この実施例では、スリット孔１１ａ、１２ａの形成個数（リーディングエッジの長さ合計）の最適範囲を検証するために以下のような実験を行った結果に基づき、前記各スリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる排気ガス流入側と対面する開口縁部の長さの合計が、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部の長さの合計の１〜３倍になるように設定した。

即ち、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部の長さに対し、前記各スリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる排気ガス流入側と対面する開口縁部の合計長さの倍率を１倍未満（従来担体）、１倍、２倍（図３（イ）参照）、３倍、４倍（図３（ロ）参照）とした場合における各反応物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）の浄化率を測定した結果を、図４（イ）〜（ハ）に示す。

この実験結果によると、反応物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）の全てにつき、２倍にした場合の浄化率が最も高く、１倍以下および３倍以上になるといずれも浄化率が急激に低下する傾向にあることが明らかとなった。

また、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる各スリット孔１１ａ、１２ａの長さと排気ガス浄化性能（浄化率）との関係、即ち、排気ガス浄化性能を最大限に高めるためには各スリット孔１１ａ、１２ａの円周方向長さを如何ほどに設定すればよいかという点については、いまだ解明されてはいなかった。

そこで、この実施例では、各スリット孔１１ａ、１２ａの円周方向長さの最適値を検証するために行った実験結果に基づき、５mmに設定した。
即ち、図８は、反応物質のうちＨＣを縦軸に、ＣＯおよびＮＯｘをそれぞれ横軸にとり、直径φ５ｍｍと、φ１０ｍｍの丸孔と、５ｍｍ×２ｍｍ、１０ｍｍ×２ｍｍ、１５ｍｍ×２ｍｍの長孔にそれぞれ設定した場合における各反応物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）の浄化率を測定した結果を示すもので、この実験結果によると、反応物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）の全てにつき、リーディングエッジとなる各スリット孔１１ａ、１２ａの長さを５mm（直径φ５ｍｍの丸孔、および５ｍｍ×２ｍｍの長孔）とした場合に浄化率が最も良くなることが明らかとなった。

従って、この実施例において、上述のように、前記各スリット孔１１ａ、１２ａにおける排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる排気ガス流入側と対面する開口縁部の長さの合計が、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる波板１１と平板１２の排気ガス流入側端縁部の長さの合計の１〜３倍になるように設定すると共に、各スリット孔１１ａ、１２ａの円周方向長さを５mmに設定することにより、全ての反応物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）の浄化率が高くなり、これにより、排気ガス浄化性能を最大限に高めることができるようになるという効果が得られる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、金属製触媒担体１として、波板１１と平板１２を交互に多重に巻回した構造のものを例にとったが、金属製触媒担体１の具体的構成は任意であり、例えば、平板状の波板１１と平板１２を交互に多重に重ねることにより、金属製触媒担体１を形成したものであってもよい。

実施例の金属製触媒担体および金属製触媒担体が適用される金属製触媒担体を示す斜視図である。波板と平板を重ねて巻回する途中の状態を示す斜視図である。スリット孔の開口パターン図（（イ）は倍率２倍、（ロ）は倍率４倍）である。反応物質ＨＣ（イ）、ＣＯ（ロ）、ＮＯｘ（ハ）の浄化率を示す実験データである。従来例の触媒反応プロセス説明図である。従来例の金属製触媒担体における排気ガス流れイメージ図である。境界層の破断状況（イ）および反応物資移動率（ロ）を示す説明図である。リーディングエッジを構成するスリット孔の長さを変えた場合の反応物質ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化率を示す実験データである。

符号の説明

１金属製触媒担体
１１波板（大波板）
１１ａスリット孔
１２平板（小波板または平板）
１２ａスリット孔

Claims

薄板の大波板と小波板または平板を交互に多重に重ねて該各大波板と小波板または平板との間に排気ガスが通過する多数のセル通路が形成され、前記大波板と小波板に多数のスリット孔が形成され、前記大波板と小波板または平板の表面に触媒成分を混入したスラリーがコーティングされた金属製触媒担体であって、
前記各スリット孔における排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる排気ガス流入側と対面する開口縁部の長さの合計が、排気ガスの流れに対しリーディングエッジとなる前記大波板と小波板または平板の排気ガス流入側端縁部の長さの合計の１〜３倍になるように設定されていることを特徴とする金属製触媒担体。